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加载速度对TiAl基合金的损伤及断裂行为的影响

雷明霞  
【摘要】:TiAl基金属间化合物作为涡轮增压器和航空用首选材料之一,具有十分广阔的应用前景。而应变率对TiAl基合金的断裂机制有着重要的作用,结合实际应用场合,发动机涡轮叶片在发动机加速到停止的过程中,加载速度的变化对其性能的影响不容忽视,因此有必要对加载速度对TiAl基合金的损伤及断裂机理的影响进行详细深入的研究。 本文通过室温拉伸实验和三点弯曲实验(3PB),研究了加载速度对具有全层和双态组织的TiAl基合金断裂和损伤机理的影响。研究结果表明:加载速度越低,双态组织的拉伸强度和全层组织的缺口断裂韧性就相应降低。对拉伸试验来说随着速度的降低拉伸强度降低,这取决于微裂纹诱发的损伤积累。对全层组织的3PB试验来说,随着加载速度的降低缺口断裂韧性降低,这是由于加载速度慢时,主裂纹有足够时间沿着强度较低的层间起裂并扩展。拉伸试验和缺口弯曲试验的断裂机理不同,在拉伸试验中,断裂发生在由更多任意方向的沿层微裂纹积累所引起的沿层裂纹的最薄弱面上;在缺口弯曲试验中,裂纹沿着局限于缺口根部中心线上的高应力区起裂并扩展。全层组织试样具有较差的拉伸性能,但是具有较高的断裂韧性,出现这种相反关系是由于两种试验时的断裂机理不同。在拉伸试验时大层团晶粒引起严重的损伤和低的强度;然而在3PB试验中大层团形成更大的分叉裂纹以及形成穿过主裂纹扩展的更大阻碍物。 通过本文的研究可以就加载速率对TiAl合金断裂机理、损伤行为、断裂过程以及断裂韧性的影响有更深入的认识,并能更准确的评价材料的性能及其演化,更好的掌握影响性能的主要因素,最终有助于新材料的开发。


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