發(fā)布時(shí)間：2018-10-19 07:18

【摘要】：Ti Al基合金具有高的比強(qiáng)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(jié)構(gòu)件的潛在選用材料之一,不斷提高Ti Al基合金的高溫力學(xué)性能是保證其安全可靠使用的關(guān)鍵因素之一。高溫持久強(qiáng)度是衡量結(jié)構(gòu)材料在高溫條件下安全使用可靠程度的重要指標(biāo)之一,然而目前有關(guān)Ti Al基合金組織對(duì)高溫持久性能影響的研究還相對(duì)較少,不利于對(duì)Ti Al基合金高溫使用性能的綜合預(yù)估,因此深入研究其高溫持久強(qiáng)度和預(yù)測(cè)持久壽命對(duì)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(shù)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(shí)抽拉速度變化對(duì)其凝固組織的影響。采用高溫蠕變持久試驗(yàn)機(jī)測(cè)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(qiáng)度與高溫抗拉強(qiáng)度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,為T(mén)i Al基合金持久壽命預(yù)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。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(zhǎng)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(dá),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(guān)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(xué)性能均增加。抽拉速度為1.2mm/min時(shí),室溫抗拉強(qiáng)度達(dá)到568MPa,伸長(zhǎng)率達(dá)到1.5%,800℃抗拉強(qiáng)度達(dá)到458MPa,伸長(zhǎng)率達(dá)到5.1%。抽拉速度為1.0mm/min時(shí),高溫拉伸強(qiáng)度隨溫度變化的函數(shù)關(guān)系式:σ_0=273.885714+1.742000(T-273)-0.001857(T-237)~2。對(duì)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(wú)論室溫還是高溫下其均表現(xiàn)為脆性斷裂,但高溫時(shí)局部微區(qū)會(huì)存在延性斷裂,800℃時(shí)高溫抗拉強(qiáng)度與片層間距的關(guān)系式σb=374.5+0.238λ-0.5。測(cè)定了兩個(gè)溫度不同應(yīng)力狀態(tài)下的定向凝固Ti-47Al-2Cr-2Nb合金的高溫持久性能。結(jié)果表明,抽拉速率為1.0mm/min時(shí)持久試樣在650℃/175MPa狀態(tài)下的持久壽命最長(zhǎng)達(dá)到89h,定向凝固試樣的持久壽命遠(yuǎn)高于鑄態(tài)試樣。溫度的升高和應(yīng)力的增加均使試樣持久壽命降低,當(dāng)試驗(yàn)條件相同時(shí),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(qiáng)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(lèi)似。當(dāng)溫度升高至800℃時(shí),該合金的持久塑性得到提高。通過(guò)線性回歸方程在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)上繪制出應(yīng)力-斷裂時(shí)間曲線,并擬合得到經(jīng)驗(yàn)方程式lnσ=6.209912-0.232990lnt,并依據(jù)此方程外推得到650℃持久時(shí)間為500h時(shí)持久強(qiáng)度值為116.98MPa。應(yīng)用Larson-Miller和Manson-Haferd參數(shù)法建立了持久強(qiáng)度預(yù)測(cè)模型,只需通過(guò)測(cè)試定向凝固Ti-47Al-2Cr-2Nb高溫瞬時(shí)拉伸強(qiáng)度就可以計(jì)算推測(cè)出材料的持久強(qiáng)度。采用這兩個(gè)模型得到的預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值十分接近,同時(shí)發(fā)現(xiàn)Larson-Miller和Manson-Haferd參數(shù)的取值不是固定不變的,并受到溫度的影響。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2280511