残留缺陷对铸造TiAl合金择优取向层片组织疲劳寿命的影响

发布时间：2017-08-20 07:28

  本文关键词：残留缺陷对铸造TiAl合金择优取向层片组织疲劳寿命的影响

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【摘要】：TiAl合金具有密度小、比强度高和抗高温氧化性能优异等特点,是一种颇具应用前景的新型高温结构材料。TiAl合金在铸造过程中静压头小,容易产生疏松、气孔等铸造缺陷。通过热等静压可消除部分铸造缺陷,而一般在热等静压后仍有可能残留某些缺陷,对于要求保留择优取向层片组织形貌的铸造TiAl合金尤其需要关注残留缺陷对疲劳性能的影响。因而本论文选题为“残留缺陷对铸造TiAl合金择优取向层片组织疲劳寿命的影响”。本论文从铸造Ti-47.5A1-2.5V-1.0Cr-0.2Zr(at.%)合金板片试样经1270℃/180MPa/1.5h热等静压处理以及950℃/12h时效退火处理后的板片中,切取并机械加工成疲劳试样后,通过750℃旋转弯曲疲劳性能测试。得出给定应力下的疲劳寿命。利用金相显微镜和扫描电镜对热等静压前后试样的组织及疲劳断口形貌进行观察,进而分析讨论残留缺陷影响TiAl合金疲劳寿命的规律。组织观察发现,热等静压基本保持了TiAl合金的组织没有变化,仅在晶界处析出少量的γ晶粒。经过热等静压后,TiAl合金存在两种残留缺陷：体积型疏松缺陷和弥合界面型缺陷。TiAl合金疲劳试验测试的疲劳极限为σ-1=360MPa。根据σ max=400MPa的条件下疲劳测试结果,TiAl的疲劳寿命呈现为两个寿命区,即范围为1.08×106～5.71×106周的高寿命区和范围为3.48×1 03～1.96×104周的低寿命区。疲劳断口观察表明,疲劳源区和疲劳扩展区都有裂纹穿层片扩展的特征。高寿命和低寿命试样中残留缺陷类型分别为弥合界面型和体积型疏松缺陷。缺陷类型对TiAl合金试样的疲劳寿命的影响很大,体积型疏松缺陷试样的疲劳寿命比弥合界面型缺陷试样的寿命低3个数量级；缺陷尺寸的增大降低疲劳寿命,缺陷处于亚表面的试样寿命高于缺陷位于表面,圆滑的缺陷形状的试样寿命相对较高。本论文的研究揭示了残留缺陷对TiAl合金择优取向层片组织试样的疲劳寿命的影响规律,发现体积型疏松缺陷严重影响TiAl合金的疲劳寿命,提出优化铸造工艺和热等静压制度以消除体积型疏松缺陷是降低TiAl合金择优层片组织疲劳寿命波动性的有效途径。本论文研究结果对提高TiAl合金使用的可靠性,进一步推进铸造TiAl合金的工程化应用具有重要的参考价值。
【关键词】：铸造TiAl合金 疲劳寿命 铸造缺陷 热等静压
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG292
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-36
• 1.1 TiAl金属间化合物的概述10-21
• 1.1.1 TiAl金属间化合物的基本特征10-13
• 1.1.2 TiAl金属间化合物的合金化以及形成的合金体系13-16
• 1.1.3 TiAl合金的典型组织与力学性能特征16-20
• 1.1.4 PST晶体的力学性能与层片取向关系20-21
• 1.2 TiAl合金的制备技术21-25
• 1.2.1 TiAl合金的热加工成形21-23
• 1.2.2 TiAl合金的粉末冶金成形23-24
• 1.2.3 TiAl合金的精密铸造成形24-25
• 1.3 铸造TiAl合金的组织与性能研究25-29
• 1.3.1 TiAl合金铸态组织及缺陷的形成25-26
• 1.3.2 铸造TiAl合金的热处理和热等静压处理26-27
• 1.3.3 铸造TiAl合金的择优取向层片组织及性能特点27-29
• 1.4 TiAl合金的高周疲劳性能研究29-33
• 1.4.1 TiAl合金高周疲劳性能的特点30-31
• 1.4.2 TiAl合金高周疲劳性能研究的主要问题31-32
• 1.4.3 缺陷对TiAl合金高周疲劳性能的影响32-33
• 1.5 课题的提出33-34
• 1.6 研究内容及意义34-36
• 1.6.1 研究内容34
• 1.6.2 研究意义34-36
• 第二章 试验材料及试验方法36-42
• 2.1 试验材料与制备36-37
• 2.2 组织观察37-38
• 2.2.1 组织观察试样的制备37-38
• 2.2.2 组织观察38
• 2.2.3 缺陷统计38
• 2.3 疲劳性能的试样制备及测试38-40
• 2.3.1 疲劳性能试样的制备38-39
• 2.3.2 疲劳性能试样的测试39-40
• 2.4 疲劳试样断口观察40
• 2.5 本章小结40-42
• 第三章 铸造TiAl合金的择优取向层片组织形貌和缺陷42-50
• 3.1 铸态TiAl合金的组织和缺陷42-46
• 3.1.1 铸态TiAl合金的组织42-44
• 3.1.2 铸态TiAl合金的缺陷44-46
• 3.2 热等静压态TiAl合金的组织和缺陷46-49
• 3.2.1 热等静压态TiAl合金的组织46-47
• 3.2.2 热等静压态TiAl合金的缺陷47-49
• 3.3 本章小结49-50
• 第四章 铸造TiAl合金的高温高周疲劳性能50-54
• 4.1 TiAl合金750℃S-N曲线50-51
• 4.2 单一应力条件下TiAl合金的疲劳寿命51-52
• 4.3 本章小结52-54
• 第五章 残留缺陷对铸造TiAl合金疲劳性能的影响54-72
• 5.1 TiAl合金试样的疲劳断口54-59
• 5.2 低寿命试样疲劳断口的观察和分析59-64
• 5.2.1 低寿命试样疲劳断口形貌59-62
• 5.2.2 残留缺陷对低疲劳试样疲劳寿命的影响62-64
• 5.3 高寿命试样疲劳断口观察与分析64-71
• 5.3.1 含铸造缺陷试样的疲劳断口特征64-66
• 5.3.2 残留缺陷对高寿命试样疲劳寿命的影响66-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 结论72-74
• 致谢74-76
• 参考文献76-82
• 附录 (攻读学位期间发表论文目录)82

【参考文献】

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本文编号：705346