热暴露的Ti-44.5Al-5Nb-1W-1B合金表面微裂纹萌生与疲劳行为研究

发布时间：2017-08-16 15:21

  本文关键词：热暴露的Ti-44.5Al-5Nb-1W-1B合金表面微裂纹萌生与疲劳行为研究

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【摘要】：本文研究了近片层组织的γ-TiAl合金Ti-44.5Al-5Nb-1W-1B(at.%)在三种热暴露条件下(无热暴露、整体热暴露和试样单体热暴露+表面氧化,700℃,10000小时),四种表面加工工艺对其疲劳性能的影响,系统考察了应力集中、表面缺陷、表面氧化以及内部显微组织脆化对该合金疲劳性能的影响,并对该合金在700℃,10000小时大气热暴露过程中的氧化行为进行了探讨和分析。研究发现,该合金的疲劳性能对表面质量十分敏感,改善表面质量能显著提高其疲劳强度,其疲劳性能呈现出：电解抛光喷丸线切割V型缺口的总体趋势。长期整体热暴露对该合金内部组织产生了两种不同的效应。降低组织内部应力集中、减缓偏聚、钝化缺陷和微裂纹会导致“热暴露强化”的正面效应。而α2层片的分解和ω相的析出长大会导致“热暴露组织脆化”的负面效应。对喷丸和电解抛光试样而言,负面效应高于正面效应,导致该合金在整体热暴露后出现疲劳性能的衰减。除了这两种对立的效应外,试样单体热暴露一方面会使得线切割试样引入的表面残余拉应力发生松弛,表面缺陷和微裂纹发生钝化,从而降低裂纹启裂的敏感性导致其疲劳强度显著提高。另一方面,会使得喷丸引入的表层残余压应力得到释放,对合金的疲劳性能产生不利影响。此外研究发现,在长期热暴露氧化过程中,电解抛光比喷丸能够更有效地保持合金的抗氧化性。该合金在700℃,10000小时大气热暴露氧化过程中会形成以TiO2和Al2O3为主,结构疏松的氧化层,并会使表层α2层片溶解,造成内氧化,对合金的力学性能产生不利影响。而电解抛光工艺不仅使得合金表面光滑无缺陷,更会在合金表面形成钝化层,阻碍合金氧化,因此有较高的抵抗热暴露性能衰退的能力。
【关键词】：热暴露条件 表面加工工艺 疲劳性能 氧化
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-21
• 1.1 TiAl合金的研究现状及发展趋势12-13
• 1.1.1 TiAl合金的研究现状12
• 1.1.2 TiAl合金的发展趋势12-13
• 1.2 TiAl合金晶体学基础及其组织特征13-15
• 1.2.1 晶体结构基础13
• 1.2.2 组织特征13-15
• 1.3 TiAl合金的力学性能研究15-16
• 1.3.1 拉伸性能研究15
• 1.3.2 疲劳性能研究15-16
• 1.4 TiAl合金高温抗氧化性能研究16
• 1.5 合金元素对TiAl合金性能的影响16-18
• 1.5.1 Nb对合金性能的影响17
• 1.5.2 W对合金性能的影响17
• 1.5.3 B对合金性能的影响17-18
• 1.6 TiAl合金热稳定性研究18-19
• 1.7 本课题研究的目的、意义及主要内容19-21
• 1.7.1 本课题研究的目的和意义19
• 1.7.2 本课题研究的主要内容19-21
• 第2章 实验方案与方法21-26
• 2.1 实验材料及前期处理21
• 2.2 试样分组及热暴露处理21
• 2.3 力学性能测试21-23
• 2.3.1 拉伸试样加工及测试21-22
• 2.3.2 疲劳试样加工及测试22-23
• 2.3.3 喷丸及电解抛光工艺参数23
• 2.4 表面粗糙度及显微硬度测试23-24
• 2.5 微观组织及形貌观察24
• 2.6 合金氧化行为研究24-26
• 2.6.1 合金氧化增重测试24-25
• 2.6.2 氧化物表面和横截面观察25
• 2.6.3 氧化物物相鉴定及成分分析25-26
• 第3章 合金疲劳行为研究26-53
• 3.1 热暴露前后合金的微观组织26-28
• 3.2 不同加工表面粗糙度测试28
• 3.3 喷丸试样表层显微硬度测试28-29
• 3.4 疲劳试样的形貌观察29-34
• 3.4.1 A(B)组疲劳试样的形貌观察29-31
• 3.4.2 C组疲劳试样的形貌观察31-34
• 3.5 各表面状态试样的拉伸性能34-37
• 3.6 各表面状态试样的疲劳性能37-44
• 3.6.1 A组试样的疲劳性能37-41
• 3.6.2 B组试样的疲劳性能41-43
• 3.6.3 C组试样的疲劳性能43-44
• 3.7 疲劳断口与裂纹扩展44-47
• 3.7.1 疲劳断口44-46
• 3.7.2 疲劳裂纹扩展46-47
• 3.8 分析与讨论47-51
• 3.8.1 表面质量控制疲劳性能47-49
• 3.8.2 整体热暴露的影响49-50
• 3.8.3 单体热暴露+氧化的影响50-51
• 3.9 本章小结51-53
• 第4章 合金氧化行为研究53-61
• 4.1 氧化试样的形貌观察53-57
• 4.1.1 氧化物的表面形貌53-55
• 4.1.2 氧化层的横截面形貌55-57
• 4.2 氧化物的物相鉴定及成分分析57-59
• 4.2.1 氧化物的物相鉴定57-58
• 4.2.2 氧化物的成分分析58-59
• 4.3 氧化增重测试结果59-60
• 4.4 本章小结60-61
• 结论61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果69

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