不同粗糙度和温度下的γ-TiAl弯强变化及其断裂实验研究

发布时间：2021-02-20 17:17

　　对全片层γ-TiAl（Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr）合金进行了在不同表面粗糙度和不同温度条件下的抗弯性能测试,总结了表面粗糙度值和环境温度对该合金抗弯强度的影响规律,室温环境下全片层γ-TiAl合金的抗弯强度随着表面粗糙度值的增大而降低,而600℃下的塑性变形现象会使其不再有明显的变化趋势。随着环境温度的升高γ-TiAl合金的抗弯强度显著升高,且在700℃左右拥有比较好的抗弯性能。分析了该全片层TiAl合金组织中裂纹的萌生、扩展及最终发生宏观断裂的方式,该全片层γ-TiAl合金的裂纹多起裂于表面附近的片层团团界和片层间,并优先在层间扩展,最终的断裂形式多为穿层的脆性断裂。 

【文章来源】：组合机床与自动化加工技术. 2020,(08)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

γ-TiAl合金的定向层片状组织

铣削试样表面粗糙度值与其抗弯强度的关系如图2所示。由图2可知,室温时,试样表面一维轮廓粗糙度(Ra)从0.163μm增长到0.492μm时,试样的抗弯强度从1166MPa持续下降到702MPa,分析其大幅度下降的原因主要有以下3个方面:(1)铣削时刀具旋转,在试样表面形成垂直于跨距方向的刀纹,这些刀纹与试验机的十字压头所施加的载荷分布方向相同,使得试验试件在三点弯曲试验过程中引起同样分布方向的应力集中现象,这导致试样在承受载荷时更加容易萌发表面微裂纹,从而对试样的抗弯强度产生了显著的不良影响。

(2)参考试样表面三维形貌图(见图3)可以发现,随着加工参数的增大,试样表面粗糙度值增大,试样表面产生的细小沟槽的深度和数量都有明显增加的现象,这些细小沟槽像表面微裂纹一样在应力集中的原因下不断地长大扩展,并与其它位置的微裂纹合并,这导致实验试样在加载过程中过早的发生断裂,抗弯强度明显降低。(3)三点弯曲实验时,裂纹萌生部位的片层组织取向影响了裂纹的扩展方向,从而影响材料的抗弯强度。从图4可以看到,当片层方向与压头夹角较大甚至垂直时,如图4a中箭头所示,其静力裂纹需要克服片层的阻碍去穿透片层而进一步扩展,这使材料该部位发生最终断裂而所需要施加的载荷增大,抗弯强度表现很优异,当片层方向与压头方向角度较小甚至平行时,如图4b、图4c中箭头所示,裂纹将沿着层与层之间扩展,穿层扩展的动作减少,从而使试样抗弯强度明显下降。

【参考文献】：
期刊论文
[1]ZrB2基超高温陶瓷电火花线切割加工表面粗糙度对其力学性能的影响[J]. 杨宏青,丁国智,姜涛,伏金娟,韩文波,杨立光.  电加工与模具. 2015(02)
[2]硬质合金磨削表面粗糙度对材料力学性能的影响[J]. 郑富强,邹丹,刘艳军.  模具制造. 2009(09)
[3]全片层γ-TiAl合金显微组织对断裂行为的影响[J]. 孙志鹏,郑瑞廷,张永刚,陈昌麒.  稀有金属材料与工程. 2004(02)



本文编号：3043085