本文關(guān)鍵詞：在疲勞載荷下具有全片層組織的高、低強度γ-TiAl合金的表面缺陷的損傷容限研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：本文對三種全片層組織的γ-TiAl合金:Ti-44Al-8Nb-1B, Ti-44Al-4Nb-4Hf-0.2Si-1B和Ti-45.6Al-2.25Nb-1Cr-0.7Mn-0.15C-0.1Si(at.%,分別簡稱合金8Nb,合金4Nb-4Hf,合金4),進行了700℃,10000小時的大氣熱暴露,通過掃描電鏡的手段研究了三種合金在長期熱暴露前、后的顯微組織變化特征。并在合金表面引入不同深度的表面缺口,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-Takahashi線圖的形式進行總結(jié)和分析。研究發(fā)現(xiàn),在700℃大氣環(huán)境中經(jīng)歷10000小時的熱暴露后,三種TiAl合金的全層片組織出現(xiàn)了程度不等的組織變化：細晶合金8Nb出現(xiàn)了較多的α2平行分解和生成了較多的β(B2+ω)相,而細晶合金4Nb-4Hf的α：層片上出現(xiàn)了大量白色針狀的β(B2+o)相和硅化點狀物；高鋁的粗晶合金4晶團內(nèi)α2含量較低,α2在晶團內(nèi)更容易處于平衡分布狀態(tài),熱暴露導(dǎo)致的α2分解較少。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8Nb分別為106μm、140μm;合金4Nb-4Hf分別為100μm、400μm;合金4分別為300μm、200μm),當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；而缺口尺寸小于此臨界值時,樣品既會低于光滑樣品的疲勞強度水準,同時也會按照低于此長裂紋門檻值所預(yù)測的疲勞極限值斷裂失效。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A(chǔ)Keff.th和有效缺口過渡尺寸a0efr。在長期大氣熱暴露后,細晶團高強度的合金8Nb和4Nb-4Hf的短缺口效應(yīng)明顯增大。這歸因于兩種細晶合金有較高程度的組織脆化,其組織脆化帶來的有害效應(yīng)高于在熱浴長期浸泡帶來的回火穩(wěn)定效應(yīng)。相反,粗晶低強度的合金4在長期熱暴露后其短缺口效應(yīng)卻明顯降低,這是因為高鋁的粗晶合金中亞穩(wěn)定相α2層片含量較兩個低鋁細晶合金少,偏聚分布也較少, 熱暴露導(dǎo)致的“釋氧脆化”和“相變脆化”程度較低,相應(yīng)的“回火”穩(wěn)態(tài)效應(yīng)因此得以凸顯,從而顯示出熱暴露無害反而有益的結(jié)果。
【關(guān)鍵詞】：γ-TiAl合金 長期熱暴露 疲勞 Kitagawa-Takahashi 短缺口效應(yīng)
【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
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 TiAl合金的相11-14
• 1.2.1 TiAl合金相圖11-12
• 1.2.2 TiAl合金的相12-13
• 1.2.3 TiAl合金的凝固和相變13-14
• 1.3 TiAl合金的顯微組織14-16
• 1.4 TiAl合金的力學(xué)性能16-18
• 1.4.1 拉伸性能16-17
• 1.4.2 疲勞性能17-18
• 1.5 合金元素對TiAl合金性能的影響18-20
• 1.5.1 Nb對TiAl基合金的影響18-19
• 1.5.2 Hf對TiAl基合金的影響19
• 1.5.3 W對TiAl基合金的影響19
• 1.5.4 B對TiAl基合金的影響19-20
• 1.6 TiAl合金熱穩(wěn)定性研究20-21
• 1.7 本課題研究的目的、意義和內(nèi)容21-23
• 1.7.1 本課題研究的目的、意義21
• 1.7.2 本課題研究的內(nèi)容21-23
• 第二章 試驗方案與方法23-27
• 2.1 試驗材料23
• 2.2 試樣分組及熱暴露處理23
• 2.3 表面缺陷加工及疲勞試驗23-25
• 2.4 疲勞長裂紋擴展速率(FCPR)實驗25-26
• 2.5 材料顯微組織及形貌分析26
• 2.6 實驗誤差分析26-27
• 第三章 試驗結(jié)果27-46
• 3.1 熱暴露前、后的顯微組織觀察27-33
• 3.1.1 合金Ti-44Al-8Nb-1B的顯微組織27-29
• 3.1.2 合金Ti-44Al-4Nb-4Hf-0.2Si-1B的顯微組織29-30
• 3.1.3 合金Ti-45.6Al-2.25Nb-1Cr-0.7Mn-0.15C-0.1Si的顯微組織30-33
• 3.1.4 熱暴露后三種合金的組織和性能特征33
• 3.2 疲勞長裂紋擴展速率33-35
• 3.3 疲勞及損傷容限35-41
• 3.3.1 合金Ti-44Al-8Nb-1B的損傷容限37-39
• 3.3.2 合金Ti-44Al-4Nb-4Hf-0.2Si-1B的損傷容限39-40
• 3.3.3 合金Ti-45.6Al-2.25Nb-1Cr-0.7Mn-0.15C-0.1Si的損傷容限40-41
• 3.4 疲勞斷口分析41-43
• 3.5 裂紋的啟裂及擴展擴展43-46
• 第四章 分析與討論46-51
• 4.1 熱暴露對全片層TiAl合金顯微組織的影響46-47
• 4.2 短缺口效應(yīng)47
• 4.3 有效裂紋過渡尺寸a_(0.eff),有效裂紋擴展門檻值△K_(eff.th)47-49
• 4.4 熱暴露對TiAl合金損傷容限的影響49-51
• 結(jié)論51-52
• 致謝52-53
• 參考文獻53-59
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果59

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 邱從章;劉詠;黃嵐;劉彬;張偉;賀躍輝;黃伯云;;含β相的TiAl基金屬間化合物組織與性能的優(yōu)化(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年11期

2 孫紅亮;孫才;黃澤文;朱德貴;;含鎢/鈮TiAl合金熱穩(wěn)定性研究[J];稀有金屬材料與工程;2012年11期

3 孫紅亮;孫才;黃澤文;朱德貴;;W對含鈮TiAl合金組織與力學(xué)性能的影響[J];熱加工工藝;2011年22期

4 饒光斌,劉奎,韓恩厚,柯偉;硼化物細化γ-TiAl基合金晶粒的機制[J];中國有色金屬學(xué)報;2004年S1期

5 高文理,張虎,張二林,曾松巖;TiAl-B合金中TiB_2微觀形態(tài)的主要存在方式[J];鑄造技術(shù);2003年03期

6 高文理,張虎,何建平,金云學(xué),曾松巖;TiAl-B合金細棒狀十字形TiB_2的生長特征[J];稀有金屬材料與工程;2003年03期

7 孔凡濤,陳子勇,田競,陳玉勇;提高TiAl基合金室溫塑性的方法[J];稀有金屬材料與工程;2003年02期

8 程曉英,萬曉景,沈嘉年;合金元素Nb在TiAl高溫氧化行為中的作用[J];中國腐蝕與防護學(xué)報;2002年02期

9 劉自成,林均品,陳國良;添加W對高鈮TiAl合金組織和力學(xué)性能的影響[J];金屬熱處理學(xué)報;2001年01期

10 黃宇陽,吳偉明,鄧文,鐘夏平,熊良鉞,曹名洲,龍期威;用正電子湮沒技術(shù)研究Zr和Nb在TiAl合金中的行為[J];中國有色金屬學(xué)報;2000年06期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 閆蘊琪;8.5Nb-TiAl基合金制備—組織—性能關(guān)系[D];西安交通大學(xué);2001年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 尹權(quán);長期熱暴露過程中高鈮—鉿含量TiAl合金高溫穩(wěn)定性的研究[D];西南交通大學(xué);2011年

  本文關(guān)鍵詞：在疲勞載荷下具有全片層組織的高、低強度γ-TiAl合金的表面缺陷的損傷容限研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：389727