本文關(guān)鍵詞：含鎢鈮γ-TiAl合金的熱暴露疲勞行為和損傷容限研究

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【摘要】：本文對(duì)高強(qiáng)度的細(xì)晶粒γ-TiAl合金Ti-44.5Al-5Nb-0.85W-0.85B(at.%,簡稱5Nb-1W-1B合金)和中等強(qiáng)度的粗晶粒γ-TiAl合金Ti-46Al-5Nb-1W(at.%,簡稱5Nb-1W合金)樣品的表面引入了不同深度(0-800μm)的單邊缺口,利用載荷階梯升值法,研究了長期大氣熱暴露(700℃,10000h)前、后合金的組織褪變、疲勞性能以及對(duì)表面缺口的容忍限度。以Kitagawa-Takahashi線圖(簡稱K-T線圖)的形式對(duì)熱暴露引起的疲勞強(qiáng)化,長裂紋擴(kuò)展門檻值以及熱暴露對(duì)表面損傷的容忍限度的影響進(jìn)行了定量分析和討論。研究發(fā)現(xiàn),10000小時(shí)的熱暴露對(duì)兩種合金的微觀組織及疲勞行為均產(chǎn)生了相互對(duì)抗的效應(yīng)。長期高溫?zé)嵩〗莓a(chǎn)生類似回火的穩(wěn)態(tài)作用,促使產(chǎn)生了“熱暴露強(qiáng)化”的良性效應(yīng)。而熱暴露也會(huì)導(dǎo)致合金中α2層片的分解和ω相的析出、聚集和粗化,從而產(chǎn)生了“熱暴露組織脆化”的有害效應(yīng)。對(duì)于細(xì)晶粒合金5Nb-1W-1B,由于含較多的α2片層和晶界偏聚β(B2+ω)相,其“熱暴露組織脆化效應(yīng)”較粗晶粒合金5Nb-1W大,導(dǎo)致當(dāng)熱暴露時(shí)間小于5000小時(shí)時(shí),有害效應(yīng)大于良性效應(yīng),疲勞極限有所下降；而當(dāng)熱暴露時(shí)間為10000小時(shí)時(shí),熱暴露導(dǎo)致回火的良性效應(yīng)大于組織脆化的有害效應(yīng),使得光滑樣品的疲勞極限在高溫?zé)岜┞逗笥兴黾�。研究還發(fā)現(xiàn),兩種合金的無害缺陷尺寸在熱暴露前、后都較小,均低于10μm(細(xì)晶粒合金熱暴露前、后分別為4 μm,7μm;粗晶粒合金前后均為4 μm)。在其后的一個(gè)過渡尺寸范圍內(nèi)(細(xì)晶粒合金熱暴露前、后分別為4-300μm、7-500μm;粗晶粒合金分別為4-200μm、4-250μm),合金的疲勞行為既不符合光滑樣品的行為,也不符合缺口樣品的長裂紋行為,而在低于光滑樣品和線彈性斷裂力學(xué)所預(yù)測(cè)的疲勞極限條件下失效,這稱之為“短缺口效應(yīng)”。為安全考慮,需要重新確定兩種合金長裂紋的有效疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值△Keff.th和有效裂紋過渡尺寸a0.eff。這可從S-N疲勞極限和長裂紋啟裂門檻值入手構(gòu)建的K-T線圖獲得。長期熱暴露明顯增大了細(xì)晶粒合金5Nb-1W-1B短缺口有害效應(yīng)的尺寸范圍,這是長期熱暴露在合金內(nèi)部致生明顯組織脆化(包括釋氧脆化和相變脆化)所致,使得材料對(duì)短缺口變得更為敏感；對(duì)于粗晶粒合金5Nb-1w,同樣的熱暴露對(duì)短缺口效應(yīng)的影響不如對(duì)細(xì)晶粒合金那樣顯著。
【關(guān)鍵詞】：熱暴露 γ-TiAl合金 表面缺口 Kitagawa-Takahashi線圖 疲勞
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG146.23
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-24
• 1.1 TiAl合金的應(yīng)用背景及研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2 TiAl合金的基本特性12-15
• 1.2.1 TiAl合金的相圖與晶體結(jié)構(gòu)12-14
• 1.2.2 TiAl合金的顯微組織及控制14-15
• 1.3 TiAl合金的合金化發(fā)展15-18
• 1.3.1 合金元素對(duì)TiAl合金基本行為的影響15-17
• 1.3.2 合金元素對(duì)TiAl合金性能的影響17-18
• 1.4 TiAl合金的抗氧化行為研究18-20
• 1.4.1 合金化19
• 1.4.2 表面涂層防護(hù)19-20
• 1.5 TiAl合金的斷裂行為研究20-21
• 1.5.1 TiAl合金的斷裂機(jī)理20-21
• 1.5.2 TiAl合金的疲勞行為研究21
• 1.6 本課題的提出21-22
• 1.7 本課題研究的目的、意義及主要內(nèi)容22-24
• 1.7.1 本課題研究的目的、意義22-23
• 1.7.2 本課題研究的主要內(nèi)容23-24
• 第2章 實(shí)驗(yàn)方案與方法24-29
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料及樣品準(zhǔn)備24
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料分組及高溫?zé)岜┞短幚?/span>24-25
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方法25-29
• 2.3.1 光滑樣品的高周疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)(HCF)25
• 2.3.2 疲勞長裂紋擴(kuò)展速率(FCPR)實(shí)驗(yàn)25
• 2.3.3 缺口樣品的高周疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)25-27
• 2.3.4 顯微組織觀察27-29
• 第3章 熱暴露對(duì)5Nb-1W-1B合金組織及疲勞性能的影響研究29-39
• 3.1 合金成分測(cè)定29
• 3.2 熱暴露前5Nb-1W-1B合金的顯微組織29-31
• 3.3 熱暴露后5Nb-1W-1B合金的顯微組織31-33
• 3.4 熱暴露前、后5Nb-1W-1B合金的疲勞性能33-34
• 3.5 熱暴露前、后5Nb-1W合金的組織和疲勞性能34-36
• 3.6 分析討論36-38
• 3.6.1 熱暴露對(duì)含鎢鈮γ-TiAl合金組織的影響36-37
• 3.6.2 熱暴露對(duì)含鎢鈮γ-TiAl合金疲勞性能的影響37-38
• 3.7 本章小結(jié)38-39
• 第4章 TiAl合金的疲勞損傷容限研究39-52
• 4.1 疲勞裂紋擴(kuò)展速率(FCPR)39-41
• 4.1.1 合金5Nb-1W-1B的條件疲勞門檻值39-40
• 4.1.2 合金5Nb-1W的條件疲勞門檻值40-41
• 4.2 Kitagawa-Takahashi線圖41-44
• 4.2.1 合金5Nb-1W-1B的Kitagawa-Takahashi線圖42-43
• 4.2.2 合金5Nb-1W的Kitagawa-Takahashi線圖43-44
• 4.3 疲勞裂紋擴(kuò)展及疲勞斷口形貌分析44-47
• 4.3.1 5Nb-1W-1B合金的裂紋擴(kuò)展觀察及斷口形貌44-45
• 4.3.2 5Nb-1W合金的裂紋擴(kuò)展觀察及斷口形貌45-47
• 4.4 分析討論47-50
• 4.4.1 短缺口效應(yīng)47-49
• 4.4.2 熱暴露對(duì)TiAl合金損傷容限的影響49
• 4.4.3 晶粒尺寸與缺口敏感性的關(guān)系49-50
• 4.5 本章小結(jié)50-52
• 結(jié)論52-54
• 致謝54-55
• 參考文獻(xiàn)55-60
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果60

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