TiAl基合金在壓縮狀態(tài)下的損傷斷裂行為研究.pdf

1、本文主要進(jìn)行了TiAl基合金在壓縮狀態(tài)下的變形、損傷以及斷裂機(jī)理的研究，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了連接試驗(yàn)和有限元模擬計(jì)算工作。得出了TiAl基合金在壓縮狀態(tài)下的損傷描述參數(shù)、全層組織和雙態(tài)組織的斷裂機(jī)理以及加載速度對(duì)性能及斷裂形態(tài)的影響。結(jié)果表明：(1)壓縮狀態(tài)下TiAl基合金的性能優(yōu)于拉伸狀態(tài)下的性能，壓縮狀態(tài)下預(yù)加載．卸載過(guò)程對(duì)TiAl基合金整體的壓縮性能幾乎沒(méi)有影響，直至卸載應(yīng)力超過(guò)最大的壓縮應(yīng)力之后，由于損傷的積累程度較大，形成主裂

2、紋，使得有效承載面積下降，從而在再加載過(guò)程中斷裂應(yīng)力整體下降；(2)壓縮狀態(tài)下，當(dāng)外加壓縮應(yīng)力達(dá)到800MPa時(shí)，試樣表面產(chǎn)生四種裂紋：(a)平行于壓縮軸方向的縱向沿層裂紋；(b)與壓縮軸方向成較小角度的縱向沿層裂紋；(c)與壓縮軸方向成較小角度的縱向穿層裂紋；(d)縱向的穿晶(γ晶粒)裂紋。隨著加載應(yīng)力的增加，試樣表面裂紋密度明顯增加，但裂紋長(zhǎng)度僅限于晶粒尺寸的大??；(3)全層組織和雙態(tài)組織在壓縮狀態(tài)下，首先在試樣端部產(chǎn)生剪切裂紋，雙

3、態(tài)試樣由于晶粒尺寸較小，裂紋形成和擴(kuò)展程度均較小，在正應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生平行于壓縮軸方向的縱向裂紋，最后裂紋之間互相貫穿，使得試樣發(fā)生最后的正斷，因而縱向正裂紋主要控制著整個(gè)試樣的最終斷裂；而對(duì)于全層試樣來(lái)說(shuō)，由于晶粒尺寸較大，層間的結(jié)合力較弱，裂紋形核和擴(kuò)展更加容易，而正向斷裂應(yīng)力又較高，所以試樣端部產(chǎn)生的剪切裂紋得以繼續(xù)擴(kuò)展，最后在剪應(yīng)力的作用下，兩端的剪切裂紋通過(guò)中問(wèn)剪切韌帶的斷裂相互連接起來(lái)，所以剪切裂紋控制了試樣的整體斷裂；(

4、4)加載速度不僅對(duì)宏觀的力學(xué)性能參數(shù)有一定的影響，而且對(duì)兩種組織的微觀斷口形態(tài)也有一定的影響；(5)軸套材料、軸套壁厚以及TiAl基合金渦輪軸直徑，軸直臂段長(zhǎng)度，過(guò)盈量大小，連接件機(jī)械加工質(zhì)量以及裝配溫度和環(huán)境的穩(wěn)定性對(duì)實(shí)際機(jī)械工程應(yīng)用中增壓渦輪器的連接強(qiáng)度均有一定的影響；(6)通過(guò)ABAQUS有限元計(jì)算分析表明連接件內(nèi)部伴生內(nèi)應(yīng)力的大小和分布與連接件的幾何尺寸以及結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系。整個(gè)連接件整體處于彈性變形狀態(tài)，但在局部區(qū)域內(nèi)有微小的