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《西北工业大学》 2006年
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γ-TiAl合金的热疲劳与静载热机械疲劳行为

李军  
【摘要】:γ—TiAl基合金具有一系列的优点,使其成为高温结构的主要候选材料之一。目前,该合金的热疲劳和静载热机械疲劳规律尚不清楚,开展此项研究对其合理应用、设计和寿命估算有重要的意义。 本文利用光辐射加热,研究了γ-TiAl在200-700℃和200-900℃下的热疲劳行为,以及200-700℃下叠加70MPa、140MPa静载拉应力和200-900℃叠加70MPa的静载热机械疲劳行为。分别用动态弹性模量和电阻的相对变化率D_E和D_R表征损伤;用SEM、TEM和XRD研究了热循环后的组织、物相及断口相貌,并对其损伤和断裂机理进行了分析。此外,还对几种损伤表征方法进行比较。 热疲劳初期,损伤急剧增加,D_E和D_R相差不大;随循环数增加,损伤增加缓慢,并趋于一个稳定值,D_E和D_R相差也趋于稳定值。 静载热机械疲劳后D_E都出现了负增长现象。不同的是:200-700℃叠加70和140MPa静拉应力下,循环一开始D_E便出现了负增长;200-900℃叠加70MPa静载应力下,D_E在开始阶段持续增加,循环20次后D_E的负增长才出现;在稳定损伤阶段D_E几乎保持不变,200-700℃加140MPa静拉应力的损伤量最大,其次是200-900℃加70MPa,最后是200-700℃加70MPa;D_R没有出现负增长现象。循环开始时D_R快速增加,尔后出现小量波动,最后进入稳定损伤阶段;D_E和D_R损伤曲线不完全一致,但是在某些拐点能很好地对应。 热循环后,片层团的尺寸明显减小,γ相含量增加,出现了微孔洞和微裂纹等损伤;位错和孪晶的密度增加。 热疲劳与静载热机械疲劳试样断裂都位于直接加热段与夹持端之间的过渡区;断口上层片团内层与层之间出现脱粘现象,也有穿过层片团和γ相的裂纹;断口γ相上都出现“河流花样”特征,但静载热机械疲劳后的微观断裂变得更加复杂,存在明显的撕裂棱。无论是从微观断裂机理还是宏观断口形貌上分析,γ-TiAl合金的热疲劳断裂都属于脆性断裂。但两个温度范围下断口形貌还是存在一些差别;静载热机械疲劳后,宏观上也属于脆性断裂,但微观上还存在某些韧性断裂机制。 本文的五种损伤表征方法都能很好反映γ-TiAl热疲劳损伤过程。显微硬度损伤参数D_(HV)、弯曲强度损伤参数D_(BS)和弯曲模量损伤参数D_(BM)在损伤急剧增加
【学位授予单位】:西北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TG115.5

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