【摘要】：Ti Al基合金具有高的比強度、比剛度和高溫抗氧化性能以及抗高溫蠕變性能,使其成為航空航天結構件的潛在選用材料之一,不斷提高Ti Al基合金的高溫力學性能是保證其安全可靠使用的關鍵因素之一。高溫持久強度是衡量結構材料在高溫條件下安全使用可靠程度的重要指標之一,然而目前有關Ti Al基合金組織對高溫持久性能影響的研究還相對較少,不利于對Ti Al基合金高溫使用性能的綜合預估,因此深入研究其高溫持久強度和預測持久壽命對Ti Al基合金的研究具有重要的理論和工程意義。本文利用電磁冷坩堝定向凝固技術制備了具有定向凝固組織的Ti-47Al-2Cr-2Nb合金方錠,研究了定向凝固時抽拉速度變化對其凝固組織的影響。采用高溫蠕變持久試驗機測試了定向凝固Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的持久性能,繪制持久壽命曲線,并在給定溫度條件下,建立了定向凝固合金的持久強度與高溫抗拉強度之間關系的數學模型,為Ti Al基合金持久壽命預測奠定了基礎。隨著抽拉速度的提高,定向凝固的固/液界面下凹程度增大,柱狀晶生長方向與抽拉方向的夾角增大,柱狀晶的二次枝晶臂變得發(fā)達,但晶粒尺寸和片層間距逐漸減小。抽拉速度與片層間距之間滿足關系式:λ=126.8v-1.5。隨著抽拉速度的提高,定向凝固Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的室溫以及高溫拉伸力學性能均增加。抽拉速度為1.2mm/min時,室溫抗拉強度達到568MPa,伸長率達到1.5%,800℃抗拉強度達到458MPa,伸長率達到5.1%。抽拉速度為1.0mm/min時,高溫拉伸強度隨溫度變化的函數關系式:σ_0=273.885714+1.742000(T-273)-0.001857(T-237)~2。對拉伸試樣的斷口形貌分析表明,斷裂方式由沿著片層面和穿越片層面的混合斷裂組成,無論室溫還是高溫下其均表現為脆性斷裂,但高溫時局部微區(qū)會存在延性斷裂,800℃時高溫抗拉強度與片層間距的關系式σb=374.5+0.238λ-0.5。測定了兩個溫度不同應力狀態(tài)下的定向凝固Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的高溫持久性能。結果表明,抽拉速率為1.0mm/min時持久試樣在650℃/175MPa狀態(tài)下的持久壽命最長達到89h,定向凝固試樣的持久壽命遠高于鑄態(tài)試樣。溫度的升高和應力的增加均使試樣持久壽命降低,當試驗條件相同時,抽拉速率為1.2mm/min的定向凝固試樣其持久壽命最高。斷口形貌分析表明Ti A1基合金的片層組織穩(wěn)定性在很大程度上決定了材料的持久強度高低,層片越密集,其組織穩(wěn)定性越高,持久壽命也增加。定向凝固持久試樣的斷裂方式主要是穿片層斷裂和沿片層的撕裂,這與高溫拉伸的斷裂方式相類似。當溫度升高至800℃時,該合金的持久塑性得到提高。通過線性回歸方程在雙對數坐標上繪制出應力-斷裂時間曲線,并擬合得到經驗方程式lnσ=6.209912-0.232990lnt,并依據此方程外推得到650℃持久時間為500h時持久強度值為116.98MPa。應用Larson-Miller和Manson-Haferd參數法建立了持久強度預測模型,只需通過測試定向凝固Ti-47Al-2Cr-2Nb高溫瞬時拉伸強度就可以計算推測出材料的持久強度。采用這兩個模型得到的預測值與實測值十分接近,同時發(fā)現Larson-Miller和Manson-Haferd參數的取值不是固定不變的,并受到溫度的影響。
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【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.23

【參考文獻】

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本文編號：2280511