發(fā)布時間：2017-07-13 14:22

  本文關鍵詞：含鎢鈮γ-TiAl合金的熱暴露疲勞行為和損傷容限研究

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【摘要】：本文對高強度的細晶粒γ-TiAl合金Ti-44.5Al-5Nb-0.85W-0.85B(at.%,簡稱5Nb-1W-1B合金)和中等強度的粗晶粒γ-TiAl合金Ti-46Al-5Nb-1W(at.%,簡稱5Nb-1W合金)樣品的表面引入了不同深度(0-800μm)的單邊缺口,利用載荷階梯升值法,研究了長期大氣熱暴露(700℃,10000h)前、后合金的組織褪變、疲勞性能以及對表面缺口的容忍限度。以Kitagawa-Takahashi線圖(簡稱K-T線圖)的形式對熱暴露引起的疲勞強化,長裂紋擴展門檻值以及熱暴露對表面損傷的容忍限度的影響進行了定量分析和討論。研究發(fā)現,10000小時的熱暴露對兩種合金的微觀組織及疲勞行為均產生了相互對抗的效應。長期高溫熱浴浸泡產生類似回火的穩(wěn)態(tài)作用,促使產生了“熱暴露強化”的良性效應。而熱暴露也會導致合金中α2層片的分解和ω相的析出、聚集和粗化,從而產生了“熱暴露組織脆化”的有害效應。對于細晶粒合金5Nb-1W-1B,由于含較多的α2片層和晶界偏聚β(B2+ω)相,其“熱暴露組織脆化效應”較粗晶粒合金5Nb-1W大,導致當熱暴露時間小于5000小時時,有害效應大于良性效應,疲勞極限有所下降；而當熱暴露時間為10000小時時,熱暴露導致回火的良性效應大于組織脆化的有害效應,使得光滑樣品的疲勞極限在高溫熱暴露后有所增加。研究還發(fā)現,兩種合金的無害缺陷尺寸在熱暴露前、后都較小,均低于10μm(細晶粒合金熱暴露前、后分別為4 μm,7μm;粗晶粒合金前后均為4 μm)。在其后的一個過渡尺寸范圍內(細晶粒合金熱暴露前、后分別為4-300μm、7-500μm;粗晶粒合金分別為4-200μm、4-250μm),合金的疲勞行為既不符合光滑樣品的行為,也不符合缺口樣品的長裂紋行為,而在低于光滑樣品和線彈性斷裂力學所預測的疲勞極限條件下失效,這稱之為“短缺口效應”。為安全考慮,需要重新確定兩種合金長裂紋的有效疲勞裂紋擴展門檻值△Keff.th和有效裂紋過渡尺寸a0.eff。這可從S-N疲勞極限和長裂紋啟裂門檻值入手構建的K-T線圖獲得。長期熱暴露明顯增大了細晶粒合金5Nb-1W-1B短缺口有害效應的尺寸范圍,這是長期熱暴露在合金內部致生明顯組織脆化(包括釋氧脆化和相變脆化)所致,使得材料對短缺口變得更為敏感；對于粗晶粒合金5Nb-1w,同樣的熱暴露對短缺口效應的影響不如對細晶粒合金那樣顯著。
【關鍵詞】：熱暴露 γ-TiAl合金 表面缺口 Kitagawa-Takahashi線圖 疲勞
【學位授予單位】：西南交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.23
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 TiAl合金的應用背景及研究現狀11-12
• 1.2 TiAl合金的基本特性12-15
• 1.2.1 TiAl合金的相圖與晶體結構12-14
• 1.2.2 TiAl合金的顯微組織及控制14-15
• 1.3 TiAl合金的合金化發(fā)展15-18
• 1.3.1 合金元素對TiAl合金基本行為的影響15-17
• 1.3.2 合金元素對TiAl合金性能的影響17-18
• 1.4 TiAl合金的抗氧化行為研究18-20
• 1.4.1 合金化19
• 1.4.2 表面涂層防護19-20
• 1.5 TiAl合金的斷裂行為研究20-21
• 1.5.1 TiAl合金的斷裂機理20-21
• 1.5.2 TiAl合金的疲勞行為研究21
• 1.6 本課題的提出21-22
• 1.7 本課題研究的目的、意義及主要內容22-24
• 1.7.1 本課題研究的目的、意義22-23
• 1.7.2 本課題研究的主要內容23-24
• 第2章 實驗方案與方法24-29
• 2.1 實驗材料及樣品準備24
• 2.2 實驗材料分組及高溫熱暴露處理24-25
• 2.3 實驗方法25-29
• 2.3.1 光滑樣品的高周疲勞強度試驗(HCF)25
• 2.3.2 疲勞長裂紋擴展速率(FCPR)實驗25
• 2.3.3 缺口樣品的高周疲勞強度試驗25-27
• 2.3.4 顯微組織觀察27-29
• 第3章 熱暴露對5Nb-1W-1B合金組織及疲勞性能的影響研究29-39
• 3.1 合金成分測定29
• 3.2 熱暴露前5Nb-1W-1B合金的顯微組織29-31
• 3.3 熱暴露后5Nb-1W-1B合金的顯微組織31-33
• 3.4 熱暴露前、后5Nb-1W-1B合金的疲勞性能33-34
• 3.5 熱暴露前、后5Nb-1W合金的組織和疲勞性能34-36
• 3.6 分析討論36-38
• 3.6.1 熱暴露對含鎢鈮γ-TiAl合金組織的影響36-37
• 3.6.2 熱暴露對含鎢鈮γ-TiAl合金疲勞性能的影響37-38
• 3.7 本章小結38-39
• 第4章 TiAl合金的疲勞損傷容限研究39-52
• 4.1 疲勞裂紋擴展速率(FCPR)39-41
• 4.1.1 合金5Nb-1W-1B的條件疲勞門檻值39-40
• 4.1.2 合金5Nb-1W的條件疲勞門檻值40-41
• 4.2 Kitagawa-Takahashi線圖41-44
• 4.2.1 合金5Nb-1W-1B的Kitagawa-Takahashi線圖42-43
• 4.2.2 合金5Nb-1W的Kitagawa-Takahashi線圖43-44
• 4.3 疲勞裂紋擴展及疲勞斷口形貌分析44-47
• 4.3.1 5Nb-1W-1B合金的裂紋擴展觀察及斷口形貌44-45
• 4.3.2 5Nb-1W合金的裂紋擴展觀察及斷口形貌45-47
• 4.4 分析討論47-50
• 4.4.1 短缺口效應47-49
• 4.4.2 熱暴露對TiAl合金損傷容限的影響49
• 4.4.3 晶粒尺寸與缺口敏感性的關系49-50
• 4.5 本章小結50-52
• 結論52-54
• 致謝54-55
• 參考文獻55-60
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果60

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本文編號：537268