γ-TiAl合金的熱疲勞與靜載熱機(jī)械疲勞行為.pdf

1、γ-TiAl基合金具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，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(jī)械疲勞規(guī)律尚不清楚，開展此項(xiàng)研究對其合理應(yīng)用、設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)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(gè)穩(wěn)定值，DE和DR相差也趨于穩(wěn)定值。 靜載熱機(jī)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(shí)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(diǎn)能很好地對應(yīng)。 熱循環(huán)后，片層團(tuán)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(jī)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(tuán)內(nèi)層與層之間出現(xiàn)脫粘現(xiàn)象，也有穿過層片團(tuán)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(jī)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(jī)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(gè)溫度范圍下斷口形貌還是存在一些差別；靜載熱機(jī)械疲勞后，宏觀上也屬于脆性斷裂，