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加载速度对TiAl基合金的损伤及断裂行为的影响

专 业: 材料加工工程
关键词: 加载速度 TiAl基合金 断裂机理 损伤机理 断裂韧性
分类号: V252.22
形 态: 共 71 页 约 46,505 个字 约 2.225 M内容
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内容摘要


TiAl基金属间化合物作为涡轮增压器和航空用首选材料之一,具有十分广阔的应用前景。

而应变率对TiAl基合金的断裂机制有着重要的作用,结合实际应用场合,发动机涡轮叶片在发动机加速到停止的过程中,加载速度的变化对其性能的影响不容忽视,因此有必要对加载速度对TiAl基合金的损伤及断裂机理的影响进行详细深入的研究。

本文通过室温拉伸实验和三点弯曲实验3PB,研究了加载速度对具有全层和双态组织的TiAl基合金断裂和损伤机理的影响。

研究结果表明:

加载速度越低,双态组织的拉伸强度和全层组织的缺口断裂韧性就相应降低。

对拉伸试验来说随着速度的降低拉伸强度降低,这取决于微裂纹诱发的损伤积累。

对全层组织的3PB试验来说,随着加载速度的降低缺口断裂韧性降低,这是由于加载速度慢时,主裂纹有足够时间沿着强度较低的层间起裂并扩展。

拉伸试验和缺口弯曲试验的断裂机理不同,在拉伸试验中,断裂发生在由更多任意方向的沿层微裂纹积累所引起的沿层裂纹的最薄弱面上;在缺口弯曲试验中,裂纹沿着局限于缺口根部中心线上的高应力区起裂并扩展。

全层组织试样具有较差的拉伸性能,但是具有较高的断裂韧性,出现这种相反关系是由于两种试验时的断裂机理不同。

在拉伸试验时大层团晶粒引起严重的损伤和低的强度;然而在3PB试验中大层团形成更大的分叉裂纹以及形成穿过主裂纹扩展的更大阻碍物。

通过本文的研究可以就加载速率对TiAl合金断裂机理、损伤行为、断裂过程以及断裂韧性的影响有更深入的认识,并能更准确的评价材料的性能及其演化,更好的掌握影响性能的主要因素,最终有助于新材料的开发..……

全文目录


摘要
第1章 绪论
1.1 工程背景
1.2 研究现状
1.2.1 前言
1.2.2 TiAl基合金断裂机理的研究现状
1.2.3 TiAl基合金韧化机理的研究
1.2.4 影响断裂的一些因素
1.2.4.1 加载速率和环境的影响
1.2.4.2 取向的影响
1.2.4.3 晶粒边界的影响
1.2.4.4 层间距和团尺寸的影响
1.2.5 TiAl基合金变形及断裂行为的数字化模拟研究
1.2.6 TiAl基合金损伤机理的研究
1.3 课题的提出
1.4.1 研究内容
1.4.2 研究意义
第2章 实验与计算方法
2.1 实验材料
2.2 试样
2.3 宏观力学实验
2.3.1 拉伸实验
2.3.1.1 拉伸断裂实验
2.3.1.2 拉伸卸载实验
2.3.2 三点弯曲3PB断裂实验
2.4 断口及金相观察
2.4.1 拉断试样断口观察
2.4.2 卸载试样表面裂纹观察
2.4.3 三点弯曲试样断口观察
2.5 有限元计算
2.5.1 计算的目的和意义
2.5.2 计算的模型及方法
第3章 加载速度对TiAl基合金拉伸断裂行为的影响
3.1 前言
3.2 实验方法
3.3 拉伸和拉伸卸载实验结果分析
3.3.1 载荷控制下的拉伸和拉伸卸载实验结果分析
3.3.1.1 载荷控制下拉伸实验结果
3.3.1.2 载荷控制下的拉伸断口分析
3.3.2 位移控制下的拉伸断裂和拉伸卸载实验结果分析
3.3.2.1 位移控制下拉伸断裂实验结果
3.3.2.2 位移控制下的拉伸断口分析
3.4 实验结果讨论
3.4.1 微裂纹的影响
3.4.2 不同微观组织结构的影响
3.4.3 两种控制方式的影响
3.5 本章小节
第4章 加载速度对TiAl基合金三点弯曲断裂行为的影响
4.1 前言
4.2 实验方法
4.3 三点弯曲实验结果分析
4.3.1 全层组织三点弯曲实验结果分析
4.3.1.1 宏观实验结果
4.3.1.2 全层组织断口观察结果
4.3.2 双态组织三点弯曲实验结果分析
4.3.2.1 宏观实验结果
4.3.2.2 断口观察分析
4.4 双态组织DP三点弯曲3PB实验模拟结果
4.5 实验结果讨论
4.5.1 三点弯曲和拉伸断裂机理比较
4.5.2 拉伸延性与断裂韧性之间随着晶粒尺寸的变化出现相反关系的机理
4.6 本章小节
主要结论
参考文献

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中图分类: > V252.22 > 航空、航天 > 航空 > 航空用材料 > 金属材料

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