论文部分内容阅读
本文基于精密铸造法制备近净成型结构件的应用前景，较系统地研究了铸态γ-TiAl合金的热机械疲劳(TMF)及等温疲劳(IF)、室温低周疲劳(LCF)和合金的疲劳裂纹扩展(FCP)性能，期望依据试验所得数据为合金的可靠性设计及投入实际应用提供一些借鉴和理论上的支持。
用机械应变控制对Ti-46Al-2Cr-2Nb-0.15B合金的热机械疲劳性能作了一些测试。研究了机械应变幅△εmech/2为0.85-0.2％范围内，同相(IP)和反相(OP)TMF不同应变幅下的寿命曲线，讨论了机械应变幅、塑性应变幅、应力幅以及总形变能与寿命曲线之间的线性关系。研究表明，蠕变、氧化、峰值应力及平均应力对合金的IP，OP-TMF的寿命具有一定的影响。
TMF循环应力响应曲线中，IP和OP表现出截然不同的硬化和软化趋势。TMF中，滞后回线表现出两种明显的不对称性，一是零点不对称性，二是拉压不对称性。影响TMF应力不对称的因素主要是材料的常数E，G和μ。TMF中，影响TiAl合金循环应力响应的因素比较多，其中起主要作用的是应变幅和相位，而二者都与合金在疲劳过程中内部产生的微观变形密切相关。研究表明，热机械疲劳过程中，随着应变幅的降低，滑移方式也会发生改变。合金中存在的硼化物，变形过程中的α2相溶解、γ相的形成以及析出的沉淀相对合金的循环应力响应有着非常重要的影响。
目前，文献中很少有关于等温疲劳和变形机理的报道，因此研究TiAl合金低周疲劳及循环应力响应行为是非常必要的。本文研究了应变幅大小、温度、热暴露、疏松以及应变速率对γ-TiAl合金低周疲劳性能及循环应力响应行为的影响。室温疲劳采用总应变幅控制，总应变幅范围为0.3-0.6％。其中一些试样分别在500℃、650℃和800℃各做了20h和100h的热暴露，比较不同温度和热暴露时间对合金低周疲劳性能的影响。研究表明，γ-TiAl合金室温下的疲劳寿命随着总应变幅和热暴露温度的降低及热暴露时间的减少而逐渐增加。低周疲劳滞后回线中，应变幅较高(△εt/2≥0.45％)时零点和拉压基本是对称的；应变幅较低(△εt/2≤0.45％)时，滞后回线中零点不对称，拉压也不对称。
等温疲劳测试中，选用了与热机械疲劳温度范围500-800℃相对应的峰值温度、谷值温度和中值温度，即500℃、800℃和650℃，以作为比较。应变控制等温疲劳中的控制方式采用机械应变，650℃时分别选了0.6％、0.5％和0.45％三个机械应变幅。在机械应变幅为0.45％时，又分别对500℃和800℃下的等温疲劳进行了测试。选用了三种应变速率：6.67×10-5s-1、6.67×10-4s-1和6.67×10-3s-1考察了应变速率对Ti-46.5Al-2Cr-2Nb-0.15B合金等温疲劳行为的影响。研究表明，与热机械疲劳相比，等温疲劳滞后回线的对称性要好很多。机械应变幅、温度和应变速率对合金等温疲劳循环应力响应行为的贡献与试样内部的微观变形密不可分。
研究了全层片，近层片组织和应力比0.1、0.3和0.5对Ti-46-5Al-2Cr-2Nb-0.15B合金疲劳裂纹扩展性能的影响。研究表明，Ti-46.5Al-2Cr-2Nb-0.15B合金中，全层片组织要比近层片的疲劳裂纹扩展速率要慢一些；随着时间的延长和应力比的提高，疲劳裂纹扩展速率加快；β相和层片对疲劳裂纹扩展抗力的提高具有一定的贡献。