TC4鈦合金作為一種輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料,因其比強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫等良好的綜合性能和結(jié)構(gòu)效益高等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)以及飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)件的制造中。TC4材料的硬度、彈性模量等力學(xué)性能是保證其安全穩(wěn)定服役的關(guān)鍵所在。但是,目前國內(nèi)外對TC4材料力學(xué)性能的研究仍大多停留在宏觀層面,且TC4材料的服役工況分為常溫和400℃以下高溫環(huán)境兩類工況。因此,對TC4鈦合金材料開展常溫及高溫下的微納米壓痕測試,研究其力學(xué)性能的變化規(guī)律是迫切且必要的。本文綜合分析了微納米壓痕測試技術(shù)與TC4鈦合金材料的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,結(jié)合TC4材料的實(shí)際服役工況,提出后續(xù)試驗(yàn)方案:分別對TC4材料進(jìn)行室溫和高溫兩種工況下的微納米壓痕測試,通過分析載荷-位移（p-h）曲線和殘余壓痕形貌,在常溫下主要對比了宏區(qū)與微區(qū)下TC4材料力學(xué)性能的差異;高溫下主要探究了溫度對TC4材料力學(xué)性能的影響。在壓痕試驗(yàn)開始前,詳細(xì)介紹了微納米壓痕測試技術(shù)的基本原理-Oliver-Pharr法、壓頭材料的選取及壓痕尺寸效應(yīng)對應(yīng)的幾何必須位錯理論模型,為后續(xù)的壓痕試驗(yàn)提供了理論基礎(chǔ)。使用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊對實(shí)驗(yàn)室自主研制的微納米壓痕儀壓痕曲線進(jìn)行校準(zhǔn)... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鈦合金在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用TC4鈦合金是一種α-β型中強(qiáng)度兩相鈦合金[18]

第1章緒論3的卸載部分進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合及計(jì)算，得到材料的彈性模量等參數(shù)，進(jìn)一步推進(jìn)了納米壓痕試驗(yàn)的研究。1981年，Pethica等人[23]對鎳、金和硅等材料進(jìn)行了微納米尺度的硬度測試，并研究發(fā)現(xiàn)了壓頭壓入、壓出材料表面的位移對材料硬度的作用規(guī)律，這是首次將壓痕測試技術(shù)應(yīng)用于離子注入金屬表面的力學(xué)性能測試，可以說是納米壓痕測試技術(shù)的開端。1986年，美國斯Doerner和Nix[24]等人對硅等材料開展了納米壓痕試驗(yàn)研究，將載荷測量拓展到mN量級,圖1.2（a）為所使用的Nano-instruments公司生產(chǎn)的壓痕儀器原理圖。他們利用試驗(yàn)曲線的加載段和卸載段，利用數(shù)學(xué)方法獲得了材料的硬度和彈性模量，并指出壓頭加工、研磨技術(shù)的好壞，對納米壓痕測試結(jié)果準(zhǔn)確性有重要的影響。（a）（b）圖1.2納米壓痕儀原理圖[24、25]1992年，Oliver和Pharr[25]采用玻氏壓頭對熔融石英、鋁、石英等六種材料進(jìn)行了壓痕測試，與Doerner和Nix的研究有所差異的是，他們將卸載曲線上半部的處理方法由線性擬合改為冪函數(shù)擬合，改善后測得的彈性模量誤差控制在5%以內(nèi)，進(jìn)一步完善了壓痕測試?yán)碚�，也是到目前為止，�?yīng)用最廣泛的一種壓痕測試?yán)碚摲椒�。圖1.2（b）為測試過程中二人使用的納米壓痕儀的基本原理圖。2001年，Stach等人[26]設(shè)計(jì)了一個納米壓痕測試裝置，并將型號為JEOL200CX的透射電子顯微鏡集成在測試裝置上，實(shí)現(xiàn)了原位監(jiān)測的功能，如圖1.3所示。即可以在進(jìn)行壓痕試驗(yàn)的過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測材料發(fā)生的微小形變，便于探究材料在多場耦合作用下的的力學(xué)性能變化機(jī)制。

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文4用于定位和壓痕試驗(yàn)的壓電陶瓷管中心軸x，y，z方向螺旋粗調(diào)驅(qū)動件真空波紋管（a）原理圖（b）實(shí)物圖可移動的樣品臺和壓頭延伸鋁件螺紋連接處可移動的邊緣件圖1.3Stach設(shè)計(jì)的原位納米壓痕儀[26]2013年，Nowakowski等人[27]研制了一套納米壓痕測試裝置，采用三自由度精密移動平臺調(diào)整試樣位置，整體結(jié)構(gòu)如圖1.4所示。該壓痕儀整體置于真空腔內(nèi)，所有試驗(yàn)均在真空環(huán)境下進(jìn)行，減少了空氣的流動等因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響；同時(shí)，真空箱被放置在沉重的鑄鐵桌子上，并且在桌子和地面之間設(shè)有三層隔震，能夠進(jìn)一步減小外界干擾，提高測試精度。圖1.4Nowakowski等人研發(fā)的高精度納米壓痕測試平臺[27]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]3GPa壓力處理對TC4鈦合金室溫蠕變性能的影響[J]. 劉凱.  鑄造技術(shù). 2018(07)
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博士論文
[1]壓痕/劃痕測試若干理論與基于自制儀器的試驗(yàn)研究[D]. 黃虎.吉林大學(xué) 2014

碩士論文
[1]砷化鎵（GaAs）材料壓痕響應(yīng)的試驗(yàn)研究[D]. 孔令奇.吉林大學(xué) 2019
[2]預(yù)應(yīng)力溫度梯度下原位納米壓痕測試裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究[D]. 周永臣.吉林大學(xué) 2017
[3]基于納米壓痕技術(shù)的納米孿晶形成及強(qiáng)化機(jī)理研究[D]. 楊松.大連理工大學(xué) 2016
[4]低溫納米壓痕測試裝置的設(shè)計(jì)分析與試驗(yàn)研究[D]. 徐海龍.吉林大學(xué) 2016
[5]納米壓痕測試裝置的設(shè)計(jì)分析與試驗(yàn)研究[D]. 付海雙.吉林大學(xué) 2016
[6]高溫環(huán)境下微納米壓痕測試平臺設(shè)計(jì)分析與試驗(yàn)研究[D]. 劉彥超.吉林大學(xué) 2016
[7]高精度金剛石玻氏壓頭的設(shè)計(jì)方法及其機(jī)械研磨技術(shù)研究[D]. 吳東.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[8]選區(qū)激光熔化成型醫(yī)用Ti-6Al-4V合金的組織和性能研究[D]. 蔣軍杰.重慶大學(xué) 2015
[9]壓頭與試件間垂直度誤差對納米壓痕/刻劃測試影響的研究[D]. 史成利.吉林大學(xué) 2014



本文編號：3214307