本文關(guān)鍵詞：熱暴露的Ti-44.5Al-5Nb-1W-1B合金表面微裂紋萌生與疲勞行為研究

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【摘要】：本文研究了近片層組織的γ-TiAl合金Ti-44.5Al-5Nb-1W-1B(at.%)在三種熱暴露條件下(無熱暴露、整體熱暴露和試樣單體熱暴露+表面氧化,700℃,10000小時(shí)),四種表面加工工藝對(duì)其疲勞性能的影響,系統(tǒng)考察了應(yīng)力集中、表面缺陷、表面氧化以及內(nèi)部顯微組織脆化對(duì)該合金疲勞性能的影響,并對(duì)該合金在700℃,10000小時(shí)大氣熱暴露過程中的氧化行為進(jìn)行了探討和分析。研究發(fā)現(xiàn),該合金的疲勞性能對(duì)表面質(zhì)量十分敏感,改善表面質(zhì)量能顯著提高其疲勞強(qiáng)度,其疲勞性能呈現(xiàn)出：電解拋光噴丸線切割V型缺口的總體趨勢。長期整體熱暴露對(duì)該合金內(nèi)部組織產(chǎn)生了兩種不同的效應(yīng)。降低組織內(nèi)部應(yīng)力集中、減緩偏聚、鈍化缺陷和微裂紋會(huì)導(dǎo)致“熱暴露強(qiáng)化”的正面效應(yīng)。而α2層片的分解和ω相的析出長大會(huì)導(dǎo)致“熱暴露組織脆化”的負(fù)面效應(yīng)。對(duì)噴丸和電解拋光試樣而言,負(fù)面效應(yīng)高于正面效應(yīng),導(dǎo)致該合金在整體熱暴露后出現(xiàn)疲勞性能的衰減。除了這兩種對(duì)立的效應(yīng)外,試樣單體熱暴露一方面會(huì)使得線切割試樣引入的表面殘余拉應(yīng)力發(fā)生松弛,表面缺陷和微裂紋發(fā)生鈍化,從而降低裂紋啟裂的敏感性導(dǎo)致其疲勞強(qiáng)度顯著提高。另一方面,會(huì)使得噴丸引入的表層殘余壓應(yīng)力得到釋放,對(duì)合金的疲勞性能產(chǎn)生不利影響。此外研究發(fā)現(xiàn),在長期熱暴露氧化過程中,電解拋光比噴丸能夠更有效地保持合金的抗氧化性。該合金在700℃,10000小時(shí)大氣熱暴露氧化過程中會(huì)形成以TiO2和Al2O3為主,結(jié)構(gòu)疏松的氧化層,并會(huì)使表層α2層片溶解,造成內(nèi)氧化,對(duì)合金的力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。而電解拋光工藝不僅使得合金表面光滑無缺陷,更會(huì)在合金表面形成鈍化層,阻礙合金氧化,因此有較高的抵抗熱暴露性能衰退的能力。
【關(guān)鍵詞】：熱暴露條件 表面加工工藝 疲勞性能 氧化
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.23
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-21
• 1.1 TiAl合金的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢12-13
• 1.1.1 TiAl合金的研究現(xiàn)狀12
• 1.1.2 TiAl合金的發(fā)展趨勢12-13
• 1.2 TiAl合金晶體學(xué)基礎(chǔ)及其組織特征13-15
• 1.2.1 晶體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)13
• 1.2.2 組織特征13-15
• 1.3 TiAl合金的力學(xué)性能研究15-16
• 1.3.1 拉伸性能研究15
• 1.3.2 疲勞性能研究15-16
• 1.4 TiAl合金高溫抗氧化性能研究16
• 1.5 合金元素對(duì)TiAl合金性能的影響16-18
• 1.5.1 Nb對(duì)合金性能的影響17
• 1.5.2 W對(duì)合金性能的影響17
• 1.5.3 B對(duì)合金性能的影響17-18
• 1.6 TiAl合金熱穩(wěn)定性研究18-19
• 1.7 本課題研究的目的、意義及主要內(nèi)容19-21
• 1.7.1 本課題研究的目的和意義19
• 1.7.2 本課題研究的主要內(nèi)容19-21
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方案與方法21-26
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及前期處理21
• 2.2 試樣分組及熱暴露處理21
• 2.3 力學(xué)性能測試21-23
• 2.3.1 拉伸試樣加工及測試21-22
• 2.3.2 疲勞試樣加工及測試22-23
• 2.3.3 噴丸及電解拋光工藝參數(shù)23
• 2.4 表面粗糙度及顯微硬度測試23-24
• 2.5 微觀組織及形貌觀察24
• 2.6 合金氧化行為研究24-26
• 2.6.1 合金氧化增重測試24-25
• 2.6.2 氧化物表面和橫截面觀察25
• 2.6.3 氧化物物相鑒定及成分分析25-26
• 第3章 合金疲勞行為研究26-53
• 3.1 熱暴露前后合金的微觀組織26-28
• 3.2 不同加工表面粗糙度測試28
• 3.3 噴丸試樣表層顯微硬度測試28-29
• 3.4 疲勞試樣的形貌觀察29-34
• 3.4.1 A(B)組疲勞試樣的形貌觀察29-31
• 3.4.2 C組疲勞試樣的形貌觀察31-34
• 3.5 各表面狀態(tài)試樣的拉伸性能34-37
• 3.6 各表面狀態(tài)試樣的疲勞性能37-44
• 3.6.1 A組試樣的疲勞性能37-41
• 3.6.2 B組試樣的疲勞性能41-43
• 3.6.3 C組試樣的疲勞性能43-44
• 3.7 疲勞斷口與裂紋擴(kuò)展44-47
• 3.7.1 疲勞斷口44-46
• 3.7.2 疲勞裂紋擴(kuò)展46-47
• 3.8 分析與討論47-51
• 3.8.1 表面質(zhì)量控制疲勞性能47-49
• 3.8.2 整體熱暴露的影響49-50
• 3.8.3 單體熱暴露+氧化的影響50-51
• 3.9 本章小結(jié)51-53
• 第4章 合金氧化行為研究53-61
• 4.1 氧化試樣的形貌觀察53-57
• 4.1.1 氧化物的表面形貌53-55
• 4.1.2 氧化層的橫截面形貌55-57
• 4.2 氧化物的物相鑒定及成分分析57-59
• 4.2.1 氧化物的物相鑒定57-58
• 4.2.2 氧化物的成分分析58-59
• 4.3 氧化增重測試結(jié)果59-60
• 4.4 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-62
• 致謝62-63
• 參考文獻(xiàn)63-69
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果69

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