本文關(guān)鍵詞：水輪機(jī)葉片Ti5553合金的沖蝕磨損特性研究

  更多相關(guān)文章： Ti5553合金 等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP) 有限元分析 沖蝕磨損機(jī)理 細(xì)晶強(qiáng)化

【摘要】：水輪機(jī)是水利發(fā)電中必不可少的驅(qū)動(dòng)裝置,在多泥沙水域中,水輪機(jī)葉片的沖蝕磨損問題成為水利發(fā)電中亟待解決的難題。高強(qiáng)度近β型Ti5553合金具有優(yōu)異的強(qiáng)度、斷裂韌性和淬透性,在航天航空、海洋、船舶、能源等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。但在含泥沙水域中鈦合金制成的許多部件存在沖蝕磨損問題,極大的限制了其在多相流沖蝕漿料環(huán)境中的應(yīng)用。因此,研究Ti5553合金的沖蝕磨損性能逐漸成為海洋摩擦學(xué)領(lǐng)域重要的一項(xiàng)研究熱點(diǎn)。由于鈦合金材料的微觀組織是影響其性能的關(guān)鍵因素,根據(jù)Ti5553合金的熱加工特性,本文采用先進(jìn)的等通道轉(zhuǎn)角擠壓方法對(duì)Ti5553合金進(jìn)行熱加工處理,隨后進(jìn)行固溶處理和時(shí)效處理,以有效地細(xì)化Ti5553合金的顯微組織,進(jìn)而提高Ti5553合金在含海沙水域中的抗沖蝕磨損能力,并取得了原創(chuàng)性的研究成果。第一,運(yùn)用ABAQUS自帶的點(diǎn)跡跟蹤法模擬Ti5553合金的等通道轉(zhuǎn)角擠壓過程中,探討擠壓角、擠壓溫度、擠壓速度、摩擦系數(shù)對(duì)應(yīng)力場(chǎng)分布均勻性的影響。模擬結(jié)果表明:在外接圓弧角ψ和內(nèi)轉(zhuǎn)角φ均為90o時(shí),試樣產(chǎn)生的變形較大,應(yīng)力分布較均勻,且應(yīng)力集中現(xiàn)象較小;當(dāng)摩擦系數(shù)、擠壓速度增加時(shí),產(chǎn)生等效應(yīng)變的時(shí)間均提前;擠壓溫度為850℃,擠壓速度為25 mm?s-1,潤(rùn)滑條件良好的情況下,Ti5553合金的變形情況相對(duì)較好。第二,分別測(cè)試了經(jīng)高溫ECAP處理前后Ti5553合金的力學(xué)性能。結(jié)果表明:經(jīng)高溫ECAP擠壓后的Ti5553合金的屈服強(qiáng)度提高了36%,斷裂失效時(shí)的應(yīng)變提高了66%,斷裂韌性提高了49.4%,沖擊韌性提高了31.4%。第三,通過對(duì)比沖蝕前后經(jīng)ECAP擠壓和未經(jīng)ECAP擠壓的Ti5553合金的失重情況,評(píng)定其沖蝕磨損程度。結(jié)果表明:在相同的沖蝕磨損條件下,經(jīng)過ECAP擠壓的Ti5553合金,重量損失減小了40%,劃痕及和沖擊坑裂紋的面積減小了62%,灰度值的標(biāo)準(zhǔn)方差也減小了32%,試樣表面更加光滑,抗沖蝕磨損性能顯著提高。第四,通過觀察經(jīng)ECAP擠壓后Ti5553合金在不同沖蝕磨損階段的表面形貌情況,探討其失效原因和沖蝕磨損機(jī)理。結(jié)果表明:隨著沖蝕磨損時(shí)間的增加,被沖蝕材料的沖蝕磨損機(jī)理由開始階段的微切削逐漸變成沖擊擠壓變形,且保持不變;均勻分布在緊實(shí)?基體內(nèi)的α相對(duì)于提高合金的強(qiáng)度、韌塑性及抗沖蝕磨損能力方面起到了關(guān)鍵的作用。本文首次運(yùn)用高溫ECAP工藝對(duì)Ti5553合金進(jìn)行加工處理,研究了高溫ECAP工藝對(duì)Ti5553合金微觀組織和沖蝕磨損性能的影響。結(jié)果表明,該方法可顯著地提升Ti5553合金的力學(xué)性能和抗沖蝕磨損能力。
【關(guān)鍵詞】：Ti5553合金 等通道轉(zhuǎn)角擠壓(ECAP) 有限元分析 沖蝕磨損機(jī)理 細(xì)晶強(qiáng)化
【學(xué)位授予單位】：浙江海洋學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK730.3
【目錄】：

• 摘要8-10
• ABSTRACT10-15
• 第一章 緒論15-25
• 1.1 選題背景及研究意義15-17
• 1.1.1 選題背景15-16
• 1.1.2 研究意義16-17
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-23
• 1.2.1 等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝的研究現(xiàn)狀17-21
• 1.2.2 Ti5553合金的基本特性研究21-23
• 1.3 本論文研究擬解決的關(guān)鍵問題23-24
• 1.4 本論文研究的主要內(nèi)容24-25
• 第二章 Ti5553合金等通道轉(zhuǎn)角擠壓過程有限元模擬25-36
• 2.1 ECAP有限元分析的參數(shù)設(shè)定25-27
• 2.1.1 ECAP有限元模型及其參數(shù)25-26
• 2.1.2 邊界條件及網(wǎng)格劃分26-27
• 2.2 模具內(nèi)轉(zhuǎn)角對(duì)Ti5553合金ECAP的影響27-28
• 2.2.1 模具內(nèi)轉(zhuǎn)角對(duì)等效應(yīng)變值分布的影響27
• 2.2.2 模具內(nèi)轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)力場(chǎng)分布的影響27-28
• 2.3 模具外轉(zhuǎn)角對(duì)Ti5553合金ECAP的影響28-29
• 2.3.1 模具外轉(zhuǎn)角對(duì)等效應(yīng)變值分布的影響28-29
• 2.3.2 模具外轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)力場(chǎng)分布的影響29
• 2.4 擠壓溫度對(duì)Ti5553合金ECAP的影響29-31
• 2.4.1 擠壓溫度對(duì)等效應(yīng)變值分布的影響29-30
• 2.4.2 擠壓溫度對(duì)應(yīng)力場(chǎng)分布的影響30-31
• 2.5 摩擦系數(shù)對(duì)Ti5553合金ECAP的影響31-33
• 2.5.1 摩擦系數(shù)對(duì)等效應(yīng)變值分布的影響31-32
• 2.5.2 不同摩擦系數(shù)下的應(yīng)力場(chǎng)分布32-33
• 2.6 擠壓速度對(duì)Ti5553合金ECAP的影響33-34
• 2.6.1 擠壓速度對(duì)等效應(yīng)變分布的影響33
• 2.6.2 擠壓速度對(duì)應(yīng)力場(chǎng)分布的影響33-34
• 2.7 本章小結(jié)34-36
• 第三章 試驗(yàn)材料和研究方法36-42
• 3.1 試驗(yàn)材料36
• 3.2 高溫ECAP參數(shù)選擇及試驗(yàn)方法36-38
• 3.2.1 高溫ECAP參數(shù)選擇36-37
• 3.2.2 高溫ECAP試驗(yàn)方法37-38
• 3.3 力學(xué)性能測(cè)試方法38
• 3.4 沖蝕磨損試驗(yàn)及方法38-42
• 3.4.1 沖蝕磨損試驗(yàn)裝置38-40
• 3.4.2 沖蝕磨損試驗(yàn)方法40-42
• 第四章 Ti5553合金顯微組織及力學(xué)性能研究42-47
• 4.1 Ti5553合金顯微組織42-43
• 4.2 Ti5553合金力學(xué)性能研究43-44
• 4.3 ECAP工藝對(duì)Ti5553力學(xué)性能的作用機(jī)理44-45
• 4.4 本章小結(jié)45-47
• 第五章 Ti5553合金沖蝕磨損性能研究47-58
• 5.1 Ti5553合金沖蝕磨損失重情況分析47-48
• 5.2 Ti5553合金沖蝕磨損表面形貌分析48-50
• 5.2.1 Ti5553合金沖蝕磨損表面起伏定量分析48-50
• 5.2.2 劃痕及沖擊坑裂紋面積分析50
• 5.3 沖蝕磨損機(jī)理演變過程50-53
• 5.4 影響沖蝕磨損機(jī)理演變的因素53-57
• 5.4.1 Ti5553合金力學(xué)性能對(duì)機(jī)理演變的影響53-54
• 5.4.2 沖蝕磨損速度對(duì)機(jī)理演變的影響54
• 5.4.3 ECAP工藝及顯微組織對(duì)沖蝕磨損機(jī)理的影響54-57
• 5.5 本章小結(jié)57-58
• 第六章 總結(jié)與展望58-60
• 6.1 總結(jié)58-59
• 6.2 展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-67
• 致謝67-68
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果68

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本文編號(hào)：953261