本文關(guān)鍵詞：殘留缺陷對鑄造TiAl合金擇優(yōu)取向?qū)悠M織疲勞壽命的影響

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【摘要】：TiAl合金具有密度小、比強度高和抗高溫氧化性能優(yōu)異等特點,是一種頗具應用前景的新型高溫結(jié)構(gòu)材料。TiAl合金在鑄造過程中靜壓頭小,容易產(chǎn)生疏松、氣孔等鑄造缺陷。通過熱等靜壓可消除部分鑄造缺陷,而一般在熱等靜壓后仍有可能殘留某些缺陷,對于要求保留擇優(yōu)取向?qū)悠M織形貌的鑄造TiAl合金尤其需要關(guān)注殘留缺陷對疲勞性能的影響。因而本論文選題為“殘留缺陷對鑄造TiAl合金擇優(yōu)取向?qū)悠M織疲勞壽命的影響”。本論文從鑄造Ti-47.5A1-2.5V-1.0Cr-0.2Zr(at.%)合金板片試樣經(jīng)1270℃/180MPa/1.5h熱等靜壓處理以及950℃/12h時效退火處理后的板片中,切取并機械加工成疲勞試樣后,通過750℃旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞性能測試。得出給定應力下的疲勞壽命。利用金相顯微鏡和掃描電鏡對熱等靜壓前后試樣的組織及疲勞斷口形貌進行觀察,進而分析討論殘留缺陷影響TiAl合金疲勞壽命的規(guī)律。組織觀察發(fā)現(xiàn),熱等靜壓基本保持了TiAl合金的組織沒有變化,僅在晶界處析出少量的γ晶粒。經(jīng)過熱等靜壓后,TiAl合金存在兩種殘留缺陷：體積型疏松缺陷和彌合界面型缺陷。TiAl合金疲勞試驗測試的疲勞極限為σ-1=360MPa。根據(jù)σ max=400MPa的條件下疲勞測試結(jié)果,TiAl的疲勞壽命呈現(xiàn)為兩個壽命區(qū),即范圍為1.08×106～5.71×106周的高壽命區(qū)和范圍為3.48×1 03～1.96×104周的低壽命區(qū)。疲勞斷口觀察表明,疲勞源區(qū)和疲勞擴展區(qū)都有裂紋穿層片擴展的特征。高壽命和低壽命試樣中殘留缺陷類型分別為彌合界面型和體積型疏松缺陷。缺陷類型對TiAl合金試樣的疲勞壽命的影響很大,體積型疏松缺陷試樣的疲勞壽命比彌合界面型缺陷試樣的壽命低3個數(shù)量級；缺陷尺寸的增大降低疲勞壽命,缺陷處于亞表面的試樣壽命高于缺陷位于表面,圓滑的缺陷形狀的試樣壽命相對較高。本論文的研究揭示了殘留缺陷對TiAl合金擇優(yōu)取向?qū)悠M織試樣的疲勞壽命的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)體積型疏松缺陷嚴重影響TiAl合金的疲勞壽命,提出優(yōu)化鑄造工藝和熱等靜壓制度以消除體積型疏松缺陷是降低TiAl合金擇優(yōu)層片組織疲勞壽命波動性的有效途徑。本論文研究結(jié)果對提高TiAl合金使用的可靠性,進一步推進鑄造TiAl合金的工程化應用具有重要的參考價值。
【關(guān)鍵詞】：鑄造TiAl合金 疲勞壽命 鑄造缺陷 熱等靜壓
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG292
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-36
• 1.1 TiAl金屬間化合物的概述10-21
• 1.1.1 TiAl金屬間化合物的基本特征10-13
• 1.1.2 TiAl金屬間化合物的合金化以及形成的合金體系13-16
• 1.1.3 TiAl合金的典型組織與力學性能特征16-20
• 1.1.4 PST晶體的力學性能與層片取向關(guān)系20-21
• 1.2 TiAl合金的制備技術(shù)21-25
• 1.2.1 TiAl合金的熱加工成形21-23
• 1.2.2 TiAl合金的粉末冶金成形23-24
• 1.2.3 TiAl合金的精密鑄造成形24-25
• 1.3 鑄造TiAl合金的組織與性能研究25-29
• 1.3.1 TiAl合金鑄態(tài)組織及缺陷的形成25-26
• 1.3.2 鑄造TiAl合金的熱處理和熱等靜壓處理26-27
• 1.3.3 鑄造TiAl合金的擇優(yōu)取向?qū)悠M織及性能特點27-29
• 1.4 TiAl合金的高周疲勞性能研究29-33
• 1.4.1 TiAl合金高周疲勞性能的特點30-31
• 1.4.2 TiAl合金高周疲勞性能研究的主要問題31-32
• 1.4.3 缺陷對TiAl合金高周疲勞性能的影響32-33
• 1.5 課題的提出33-34
• 1.6 研究內(nèi)容及意義34-36
• 1.6.1 研究內(nèi)容34
• 1.6.2 研究意義34-36
• 第二章 試驗材料及試驗方法36-42
• 2.1 試驗材料與制備36-37
• 2.2 組織觀察37-38
• 2.2.1 組織觀察試樣的制備37-38
• 2.2.2 組織觀察38
• 2.2.3 缺陷統(tǒng)計38
• 2.3 疲勞性能的試樣制備及測試38-40
• 2.3.1 疲勞性能試樣的制備38-39
• 2.3.2 疲勞性能試樣的測試39-40
• 2.4 疲勞試樣斷口觀察40
• 2.5 本章小結(jié)40-42
• 第三章 鑄造TiAl合金的擇優(yōu)取向?qū)悠M織形貌和缺陷42-50
• 3.1 鑄態(tài)TiAl合金的組織和缺陷42-46
• 3.1.1 鑄態(tài)TiAl合金的組織42-44
• 3.1.2 鑄態(tài)TiAl合金的缺陷44-46
• 3.2 熱等靜壓態(tài)TiAl合金的組織和缺陷46-49
• 3.2.1 熱等靜壓態(tài)TiAl合金的組織46-47
• 3.2.2 熱等靜壓態(tài)TiAl合金的缺陷47-49
• 3.3 本章小結(jié)49-50
• 第四章 鑄造TiAl合金的高溫高周疲勞性能50-54
• 4.1 TiAl合金750℃S-N曲線50-51
• 4.2 單一應力條件下TiAl合金的疲勞壽命51-52
• 4.3 本章小結(jié)52-54
• 第五章 殘留缺陷對鑄造TiAl合金疲勞性能的影響54-72
• 5.1 TiAl合金試樣的疲勞斷口54-59
• 5.2 低壽命試樣疲勞斷口的觀察和分析59-64
• 5.2.1 低壽命試樣疲勞斷口形貌59-62
• 5.2.2 殘留缺陷對低疲勞試樣疲勞壽命的影響62-64
• 5.3 高壽命試樣疲勞斷口觀察與分析64-71
• 5.3.1 含鑄造缺陷試樣的疲勞斷口特征64-66
• 5.3.2 殘留缺陷對高壽命試樣疲勞壽命的影響66-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 第六章 結(jié)論72-74
• 致謝74-76
• 參考文獻76-82
• 附錄 (攻讀學位期間發(fā)表論文目錄)82

【參考文獻】

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本文編號：705346