含鎢鈮γ-TiAl合金的熱暴露疲勞行為和損傷容限研究.pdf

1、本文對高強(qiáng)度的細(xì)晶粒γ-TiAl合金Ti-44.5Al-5Nb-0.85W-0.85B（at.％，簡稱5Nb-1W-1B合金）和中等強(qiáng)度的粗晶粒γ-TiAl合金Ti-46A1-5Nb-1W(at.％，簡稱5Nb-1W合金)樣品的表面引入了不同深度（0-800μm）的單邊缺口，利用載荷階梯升值法，研究了長期大氣熱暴露(700℃，10000h)前、后合金的組織褪變、疲勞性能以及對表面缺口的容忍限度。以Kitagawa-Takahashi線圖

2、（簡稱K-T線圖）的形式對熱暴露引起的疲勞強(qiáng)化，長裂紋擴(kuò)展門檻值以及熱暴露對表面損傷的容忍限度的影響進(jìn)行了定量分析和討論。
　　研究發(fā)現(xiàn)，10000小時(shí)的熱暴露對兩種合金的微觀組織及疲勞行為均產(chǎn)生了相互對抗的效應(yīng)。長期高溫?zé)嵩〗莓a(chǎn)生類似回火的穩(wěn)態(tài)作用，促使產(chǎn)生了“熱暴露強(qiáng)化”的良性效應(yīng)。而熱暴露也會導(dǎo)致合金中α2層片的分解和ω相的析出、聚集和粗化，從而產(chǎn)生了“熱暴露組織脆化”的有害效應(yīng)。對于細(xì)晶粒合金5Nb-1W-1B，由于含較

3、多的α2片層和晶界偏聚β(B2+ω)相，其“熱暴露組織脆化效應(yīng)”較粗晶粒合金5Nb-1W大，導(dǎo)致當(dāng)熱暴露時(shí)間小于5000小時(shí)時(shí)，有害效應(yīng)大于良性效應(yīng)，疲勞極限有所下降;而當(dāng)熱暴露時(shí)間為10000小時(shí)時(shí)，熱暴露導(dǎo)致回火的良性效應(yīng)大于組織脆化的有害效應(yīng)，使得光滑樣品的疲勞極限在高溫?zé)岜┞逗笥兴黾印?br>　　研究還發(fā)現(xiàn)，兩種合金的無害缺陷尺寸在熱暴露前、后都較小，均低于10μm（細(xì)晶粒合金熱暴露前、后分別為4μm、7μm;粗晶粒合金前后均

4、為4μm）。在其后的一個(gè)過渡尺寸范圍內(nèi)（細(xì)晶粒合金熱暴露前、后分別為4-300μm、7-500μm;粗晶粒合金分別為4-200μm、4-250μm），合金的疲勞行為既不符合光滑樣品的行為，也不符合缺口樣品的長裂紋行為，而在低于光滑樣品和線彈性斷裂力學(xué)所預(yù)測的疲勞極限條件下失效，這稱之為“短缺口效應(yīng)”。為安全考慮，需要重新確定兩種合金長裂紋的有效疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值△Keff.th和有效裂紋過渡尺寸a0.eff。這可從S-N疲勞極限和長裂紋