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中国有色金属学报 2016年第6期26卷 1191-1197页

作者：陈霞黄泽文西南交通大学材料先进技术教育部重点实验室成都610031

选取热暴露（700℃,10000 h）前、后的Ti-44.5Al-5Nb-1W-1B（摩尔分数,%）（5-1-1合金）,对其表面引入不同深度的缺口（0-800μm）,研究热暴露对该材料的疲劳性能及缺口损伤容限的影响,以kitagawa-takahashi线图的形式对热暴露引起的疲... 详细信息

选取热暴露（700℃,10000 h）前、后的Ti-44.5Al-5Nb-1W-1B（摩尔分数,%）（5-1-1合金）,对其表面引入不同深度的缺口（0-800μm）,研究热暴露对该材料的疲劳性能及缺口损伤容限的影响,以kitagawa-takahashi线图的形式对热暴露引起的疲劳强化、长裂纹扩展门槛值以及合金在热暴露影响下对表面损伤的容忍限度进行定量分析。结果表明：热暴露导致的回火稳态良性效应大于合金显微组织出现脆化的有害效应,使得热暴露后无缺口样品出现疲劳强度提高,而α_2层片分解和组织细化能适当提高疲劳长裂纹扩展门槛值。当在热暴露后引入缺口而无回火效应时,长期热暴露导致的组织脆化成为控制性因素,材料的缺口敏感性增加,表现为出现短缺口效应的尺寸范围在热暴露后明显增大。

关键词： γ-TiAl合金热暴露表面缺口 kitagawa-takahashi线图疲劳

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含钨铌γ-TiAl合金的热暴露疲劳行为和损伤容限研究

含钨铌γ-TiAl合金的热暴露疲劳行为和损伤容限研究

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作者：陈霞西南交通大学

学位级别：硕士

本文对高强度的细晶粒γ-TiAl合金Ti-44.5Al-5Nb-0.85W-0.85B(at.%,简称5Nb-1W-1B合金)和中等强度的粗晶粒γ-TiAl合金Ti-46Al-5Nb-1W(at.%,简称5Nb-1W合金)样品的表面引入了不同深度(0-800μm)的单边缺口,利用载荷阶梯升值法,研究了长期大气热暴露(700℃,10000h)前、后合金的组织褪变、疲劳性能以及对表面缺口的容忍限度。以kitagawa-takahashi线图(简称K-T线图)的形式对热暴露引起的疲劳强化,长裂纹扩展门槛值以及热暴露对表面损伤的容忍限度的影响进行了定量分析和讨论。研究发现,10000小时的热暴露对两种合金的微观组织及疲劳行为均产生了相互对抗的效应。长期高温热浴浸泡产生类似回火的稳态作用,促使产生了“热暴露强化”的良性效应。而热暴露也会导致合金中α2层片的分解和ω相的析出、聚集和粗化,从而产生了“热暴露组织脆化”的有害效应。对于细晶粒合金5Nb-1W-1B,由于含较多的α2片层和晶界偏聚β(B2+ω)相,其“热暴露组织脆化效应”较粗晶粒合金5Nb-1W大,导致当热暴露时间小于5000小时时,有害效应大于良性效应,疲劳极限有所下降;而当热暴露时间为10000小时时,热暴露导致回火的良性效应大于组织脆化的有害效应,使得光滑样品的疲劳极限在高温热暴露后有所增加。研究还发现,两种合金的无害缺陷尺寸在热暴露前、后都较小,均低于10μm(细晶粒合金热暴露前、后分别为4 μm,7μm;粗晶粒合金前后均为4 μm)。在其后的一个过渡尺寸范围内(细晶粒合金热暴露前、后分别为4-300μm、7-500μm;粗晶粒合金分别为4-200μm、4-250μm),合金的疲劳行为既不符合光滑样品的行为,也不符合缺口样品的长裂纹行为,而在低于光滑样品和线弹性断裂力学所预测的疲劳极限条件下失效,这称之为“短缺口效应”。为安全考虑,需要重新确定两种合金长裂纹的有效疲劳裂纹扩展门槛值△***和有效裂纹过渡尺寸***。这可从S-N疲劳极限和长裂纹启裂门槛值入手构建的K-T线图获得。长期热暴露明显增大了细晶粒合金5Nb-1W-1B短缺口有害效应的尺寸范围,这是长期热暴露在合金内部致生明显组织脆化(包括释氧脆化和相变脆化)所致,使得材料对短缺口变得更为敏感;对于粗晶粒合金5Nb-1w,同样的热暴露对短缺口效应的影响不如对细晶粒合金那样显著。

关键词：热暴露 γ-TiAl合金表面缺口 kitagawa-takahashi线图疲劳

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在疲劳载荷下具有高、中、低强度γ-TiAl合金的表面缺陷的损伤容限研究

在疲劳载荷下具有高、中、低强度γ-TiAl合金的表面缺陷的损伤容...

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作者：李艳明西南交通大学

学位级别：硕士

本文对三种不同强度的y-TiAl合金：Ti-44Al-4Nb-4Zr-0.2Si-1B (at.%,4Nb-4Zr,高强度)、Ti-45Al-2Mn-2Nb-0.8vol.%TiB2 (at.%,2Mn-2Nb,中强度)和Ti-48Al-2Cr-2Nb-1B (at.%,2Cr-2Nb,低强度),进行了700℃,10000小时的空气热暴露,通过扫描电子显微镜研究三种合金在长期热暴露前、后的显微组织的变化情况。并在试样表面引入不同深度的表面贯穿型直线缺口,通过阶梯升应力法测试了相应的疲劳强度,研究了三种合金在热暴露前、后对表面缺口的容忍限度。实验结果以kitagawa-Takahas hi线图的形式进行总结和分析,对长裂纹扩展门槛值及合金在热暴露影响下对表面损伤的容忍限度进行了定量分析讨论。研究发现,在经过700℃、10000小时的热暴露后,晶团内处于亚稳态的α2相通过相变发生不同程度的分解和转变,发生了α2→α2+γ以及α2→β(B2+ω)的相变。其程度以高强度合金4Nb-4Zr最为明显,而低强度合金2Cr-2Nb最低。研究表明,三种合金热暴露前、后均存在一个临界尺寸ac(在热暴露前后,合金4Nb-4Zr分别为120μm、230μm;合金2Mn-2Nb分别为260μm、420μm;合金2Cr-2Nb分别为220μm、270μm),当缺口尺寸大于此临界值时,样品将按照线弹性断裂力学的长裂纹门槛值所预测的疲劳极限值断裂失效;而当缺口尺寸小于此临界值时,合金的疲劳行为既不符合光滑样品的行为,也不符合缺口样品的长裂纹行为,而在低于线弹性断裂力学所预测的疲劳极限条件下失效。这称之为TiAl合金的短缺口效应。鉴于短缺口效应的存在,重新确定了合金长裂纹的有效疲劳缺口扩展门槛值△***和有效缺口过渡尺寸eff长期热暴露使得三种合金出现短缺口效应的临界尺寸增加,这归因于长期热暴露导致的组织脆化所致,脆化使得材料的表面缺陷敏感性增加。热暴露导致的对缺陷敏感性的增加与合金的屈服强度有正向关系。高强度合金呈现出的热暴露危害影响大于中等强度合金,而低强度合金显示出最少的危害影响。从显微组织的角度看,高强度合金4Nb-4Zr铝含量低,而稳定p(B2+ω)的合金元素高(8%),含有比合金2Mn-2Nb较多的α2和较多的B2+ω,比合金2Cr-2Nb则更多。因此,热暴露导致的“释氧脆化”和“相变脆化”最为明显,当存在同样的回火稳态效应时,该高强度合金凸显出最明显的表面缺陷敏感性的增加。

关键词： γ-TiAl合金热暴露短缺口疲劳 kitagawa-takahashi线图

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高速列车铝合金疲劳性能和损伤容限研究

高速列车铝合金疲劳性能和损伤容限研究

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作者：邓鹏西南交通大学

学位级别：硕士

本文对高速列车车体材料中常用牌号为6N01、7N01铝合金的三种材料6N01型材、7N01型材以及7N01板材进行了疲劳性能研究以及表面损伤容限研究。通过升降法测试了三种材料的原始状态的条件疲劳极限;研究不同表面状态(原始表面、喷砂表面、... 详细信息

本文对高速列车车体材料中常用牌号为6N01、7N01铝合金的三种材料6N01型材、7N01型材以及7N01板材进行了疲劳性能研究以及表面损伤容限研究。通过升降法测试了三种材料的原始状态的条件疲劳极限;研究不同表面状态(原始表面、喷砂表面、电解抛光表面)对疲劳极限的影响;测试了三种试样的裂纹扩展门槛值,采用表面缺口试样疲劳试验结果,以kitagawa-takahashi线图的形式对材料表面缺口容忍限度的进行了定量分析讨论。单点法、升降法的条件疲劳试验的结果表明在置信度γ=95%,存活率p=50%、90%、99%的条件下,7N01型材的疲劳强度分别为145.36MPa、131.57MPa、122.00MPa在三种铝合金中具有最高的疲劳极限,6N01型材分别为138.21MPa、125.50MPa、116.67MPa处于两者之间,7N01板材分别为128.93MPa、118.25MPa、110.83MPa最低。在引入不同表面工艺后,表面引入压应力(喷砂工艺)对型材疲劳强度提升明显,主要是由于喷砂后表面植入应力层与位错提高了材料抵抗裂纹萌生能力。而板材由于表面组织与内部组织的差异,在喷砂后表层与心部仍然硬度差异较大,因此并没有得到疲劳强度的提高。提高表面质量(电解抛光工艺)对三种铝合金的疲劳性能提升并不明显,主要是原始表面的光洁程度较高,因此对于疲劳极限的提高并不明显。通过裂纹扩展实验测量了三种铝合金的裂纹扩展门槛值ΔK,并通过单边缺口试样研究了三种铝合金在引入不同缺口深度后的疲劳极限变化,结合光滑试样的疲劳极限结果,绘制了kitagawa-takahashi线图。通过构建kitagawa-takahashi线图确定6N01型材、7N01型材、7N01板材三种铝合金的无害缺陷尺寸分别为23.92μm、10.81μm、24.32μm,显著低于理论过渡尺寸79.09μm、72.68μm、74.56μm。三种铝合金的缺口在过渡尺寸后一定范围内的疲劳行为既不符合光滑试样的疲劳行为,也不符合缺口试样的长裂纹行为,而是在低于光滑试样的疲劳极限与弹性断裂力学所预测的疲劳极限下失效。这表明三种铝合金的缺口试样的疲劳行为存在“短缺口效应”。出于安全考虑,重新确立了三种合金的长裂纹有效疲劳缺口扩展门槛值ΔK。

关键词：铝合金力学性能疲劳极限表面处理 kitagawa-takahashi线图

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