【摘要】：作為20世紀(jì)出現(xiàn)的一種新型結(jié)構(gòu)材料,鈦合金因強(qiáng)度高、耐熱性高、耐蝕性好而被廣泛用于制造整體葉盤、葉片和連接件等。鑒于疲勞斷裂是發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的主要失效形式以及為了保證葉片具有足夠的使用壽命,本文通過綜合對比分析金相組織、顯微硬度、X射線衍射、疲勞S-N曲線以及疲勞斷口形貌,探究超聲表面滾壓處理前后TC11鈦合金疲勞斷裂機(jī)理的差異以及超聲表面滾壓對TC11鈦合金基本性能的影響;為了進(jìn)一步研究超聲表面滾壓對TC11鈦合金的影響,基于鈦合金葉片的服役條件,進(jìn)行了常溫干滑動(dòng)摩擦磨損實(shí)驗(yàn),探究超聲表面滾壓對TC11鈦合金耐磨性的影響。研究表明,超聲表面滾壓能顯著影響TC11鈦合金疲勞性能,同時(shí)TC11鈦合金在常溫下的耐磨性也得到改善。經(jīng)過超聲表面滾壓處理后,TC11鈦合金表層形成納米晶并產(chǎn)生殘余壓縮應(yīng)力。本實(shí)驗(yàn)選用超聲表面滾壓的參數(shù)為靜壓力200 N,往返加工3遍,主軸轉(zhuǎn)速246 r/min。具體研究結(jié)果:在循環(huán)次數(shù)為5×10~6的高周疲勞條件下,超聲表面滾壓處理后TC11鈦合金試樣的疲勞壽命較未處理TC11鈦合金試樣提高了19%;由疲勞S-N曲線可知超聲表面滾壓處理后TC11鈦合金試樣的疲勞壽命高于同一應(yīng)力范圍的未處理TC11鈦合金試樣;同一工況下,超聲表面滾壓處理后TC11鈦合金試樣的耐磨性高于未處理TC11鈦合金試樣。超聲表面滾壓處理前后TC11鈦合金試樣的疲勞斷口分析表明:未處理TC11鈦合金試樣的裂紋源萌生于試樣表面,經(jīng)過超聲表面滾壓處理后TC11鈦合金試樣的裂紋源萌生于內(nèi)部,并隨著循環(huán)載荷增加逐漸靠近中心位置;超聲表面滾壓處理前后TC11鈦合金試樣的疲勞斷口均能觀察到三個(gè)典型區(qū)域。超聲表面滾壓處理前后TC11鈦合金試樣的摩擦磨損數(shù)據(jù)分析表明:未處理TC11鈦合金試樣的耐磨性隨著轉(zhuǎn)速的增加,先降低后增高,并且在轉(zhuǎn)速為478 r/min時(shí)試樣的摩擦系數(shù)以及磨損率同時(shí)達(dá)到最大,磨面磨損情況也最嚴(yán)重;而超聲表面滾壓處理后TC11鈦合金的耐磨性隨著轉(zhuǎn)速的增加,先增高后降低,在轉(zhuǎn)速為478 r/min時(shí),出現(xiàn)較好的耐磨性。
【圖文】：

顯微硬度與 X 射線衍射圖譜等變化情況。（2）利用透射電鏡等研究超聲表面滾壓處理 TC11 鈦合金納米強(qiáng)化機(jī)理。（3）進(jìn)行不同應(yīng)力水平下超聲表面滾壓處理前后TC11鈦合金的常溫高周疲勞試驗(yàn)，對比分析超聲表面滾壓處理前后 TC11 鈦合金疲勞 S-N 曲線的差異利用掃描電鏡分析超聲表面滾壓處理前后 TC11 鈦合金的疲勞斷口形貌。（4）進(jìn)行不同轉(zhuǎn)速下超聲表面滾壓處理前后TC11鈦合金的常溫干滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)，對比分析不同轉(zhuǎn)速下超聲表面滾壓處理前后 TC11 鈦合金的摩擦系數(shù)曲線與磨損率；利用掃描電鏡分析超聲表面滾壓處理前后 TC11 鈦合金的摩擦面形貌以及剖面形貌。本課題的研究技術(shù)路線如圖 1.1 所示。

由表 2.1 可知 TC11 鈦合金的氧元素、氮元家標(biāo)準(zhǔn)。鉬、鐵和硅等是降低相變溫度的元素為β 穩(wěn)定，在室溫和較低溫度下增加了鈦合金的強(qiáng)度、耐熱性和延性；而硅元素的加入同樣能在一定程度上提高鈦合金限及抗變形能力，同時(shí)還能增加抗蠕變性能，這對防止觸疲勞破壞是有利的。鋯是高熔點(diǎn)金屬之一，表面易生性，因此鋯元素的加入，在一定程度上能提高 TC11 鈦性。 TC11 鈦合金的掃描圖像見圖 2.1，，從圖中可以看出，T相合金，其中穩(wěn)定相α相的分布多于明顯穩(wěn)定相β相。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2649633