γ-TiAl合金的熱疲勞與靜載熱機械疲勞行為.pdf

1、γ-TiAl基合金具有一系列的優(yōu)點，使其成為高溫結(jié)構(gòu)的主要候選材料之一。目前，該合金的熱疲勞和靜載熱機械疲勞規(guī)律尚不清楚，開展此項研究對其合理應(yīng)用、設(shè)計和壽命估算有重要的意義。 本文利用光輻射加熱，研究了γ-TiAl在200-700℃和200-900℃下的熱疲勞行為，以及200-700℃下疊加70MPa、140MPa靜載拉應(yīng)力和200-900℃疊加70MPa的靜載熱機械疲勞行為。分別用動態(tài)彈性模量和電阻的相對變化率DE和DR表征

2、損傷；用SEM、TEM和XRD研究了熱循環(huán)后的組織、物相及斷口相貌，并對其損傷和斷裂機理進(jìn)行了分析。此外，還對幾種損傷表征方法進(jìn)行比較。 熱疲勞初期，損傷急劇增加，DE和DR相差不大；隨循環(huán)數(shù)增加，損傷增加緩慢，并趨于一個穩(wěn)定值，DE和DR相差也趨于穩(wěn)定值。 靜載熱機械疲勞后DE都出現(xiàn)了負(fù)增長現(xiàn)象。不同的是：200-700℃疊加70和140MPa靜拉應(yīng)力下，循環(huán)一開始DE便出現(xiàn)了負(fù)增長；200-900℃疊加70MPa靜載

3、應(yīng)力下，DE在開始階段持續(xù)增加，循環(huán)20次后DE的負(fù)增長才出現(xiàn)；在穩(wěn)定損傷階段DE幾乎保持不變，200-700℃加140MPa靜拉應(yīng)力的損傷量最大，其次是200-900℃加70MPa，最后是200-700℃加70MPa；DR沒有出現(xiàn)負(fù)增長現(xiàn)象。循環(huán)開始時DR快速增加，爾后出現(xiàn)小量波動，最后進(jìn)入穩(wěn)定損傷階段；DE和DR損傷曲線不完全一致，但是在某些拐點能很好地對應(yīng)。 熱循環(huán)后，片層團的尺寸明顯減小，γ相含量增加，出現(xiàn)了微孔洞和微裂

4、紋等損傷；位錯和孿晶的密度增加。 熱疲勞與靜載熱機械疲勞試樣斷裂都位于直接加熱段與夾持端之間的過渡區(qū)；斷口上層片團內(nèi)層與層之間出現(xiàn)脫粘現(xiàn)象，也有穿過層片團和γ相的裂紋；斷口γ相上都出現(xiàn)“河流花樣”特征，但靜載熱機械疲勞后的微觀斷裂變得更加復(fù)雜，存在明顯的撕裂棱。無論是從微觀斷裂機理還是宏觀斷口形貌上分析，γ-TiAl合金的熱疲勞斷裂都屬于脆性斷裂。但兩個溫度范圍下斷口形貌還是存在一些差別；靜載熱機械疲勞后，宏觀上也屬于脆性斷裂，