本文關(guān)鍵詞：在疲勞載荷下具有高、中、低強度γ-TiAl合金的表面缺陷的損傷容限研究

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【摘要】：本文對三種不同強度的y-TiAl合金：Ti-44Al-4Nb-4Zr-0.2Si-1B (at.%,4Nb-4Zr,高強度)、Ti-45Al-2Mn-2Nb-0.8vol.%TiB2 (at.%,2Mn-2Nb,中強度)和Ti-48Al-2Cr-2Nb-1B (at.%,2Cr-2Nb,低強度),進行了700℃,10000小時的空氣熱暴露,通過掃描電子顯微鏡研究三種合金在長期熱暴露前、后的顯微組織的變化情況。并在試樣表面引入不同深度的表面貫穿型直線缺口,通過階梯升應(yīng)力法測試了相應(yīng)的疲勞強度,研究了三種合金在熱暴露前、后對表面缺口的容忍限度。實驗結(jié)果以Kitagawa-Takahas hi線圖的形式進行總結(jié)和分析,對長裂紋擴展門檻值及合金在熱暴露影響下對表面損傷的容忍限度進行了定量分析討論。研究發(fā)現(xiàn),在經(jīng)過700℃、10000小時的熱暴露后,晶團內(nèi)處于亞穩(wěn)態(tài)的α2相通過相變發(fā)生不同程度的分解和轉(zhuǎn)變,發(fā)生了α2→α2+γ以及α2→β(B2+ω)的相變。其程度以高強度合金4Nb-4Zr最為明顯,而低強度合金2Cr-2Nb最低。研究表明,三種合金熱暴露前、后均存在一個臨界尺寸ac(在熱暴露前后,合金4Nb-4Zr分別為120μm、230μm;合金2Mn-2Nb分別為260μm、420μm;合金2Cr-2Nb分別為220μm、270μm),當(dāng)缺口尺寸大于此臨界值時,樣品將按照線彈性斷裂力學(xué)的長裂紋門檻值所預(yù)測的疲勞極限值斷裂失效；而當(dāng)缺口尺寸小于此臨界值時,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,而在低于線彈性斷裂力學(xué)所預(yù)測的疲勞極限條件下失效。這稱之為TiAl合金的短缺口效應(yīng)。鑒于短缺口效應(yīng)的存在,重新確定了合金長裂紋的有效疲勞缺口擴展門檻值△Kth.eff和有效缺口過渡尺寸eff長期熱暴露使得三種合金出現(xiàn)短缺口效應(yīng)的臨界尺寸增加,這歸因于長期熱暴露導(dǎo)致的組織脆化所致,脆化使得材料的表面缺陷敏感性增加。熱暴露導(dǎo)致的對缺陷敏感性的增加與合金的屈服強度有正向關(guān)系。高強度合金呈現(xiàn)出的熱暴露危害影響大于中等強度合金,而低強度合金顯示出最少的危害影響。從顯微組織的角度看,高強度合金4Nb-4Zr鋁含量低,而穩(wěn)定p(B2+ω)的合金元素高(8%),含有比合金2Mn-2Nb較多的α2和較多的B2+ω,比合金2Cr-2Nb則更多。因此,熱暴露導(dǎo)致的“釋氧脆化”和“相變脆化”最為明顯,當(dāng)存在同樣的回火穩(wěn)態(tài)效應(yīng)時,該高強度合金凸顯出最明顯的表面缺陷敏感性的增加。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.23

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本文編號：1239364