TiZr基合金組織調(diào)控及疲勞行為研究_205.pdf

1、隨著資源短缺的加劇和價格的持續(xù)上漲，要求降低交通運輸方面的能源消耗，在航空航天部門中應(yīng)用高比強(qiáng)度材料顯得尤為必要。TiZr基合金因其高的比強(qiáng)度及優(yōu)異的耐蝕性能能夠作為工程材料應(yīng)用，工程材料在實際服役過程中必然會受到交變載荷的作用導(dǎo)致疲勞失效。據(jù)統(tǒng)計，金屬結(jié)構(gòu)件90％的機(jī)械失效為疲勞問題，了解使用材料的疲勞行為及疲勞斷裂機(jī)理，最大限度的提高構(gòu)件使用壽命至關(guān)重要。本文通過加工工藝控制合金的微觀組織，研究TiZr基合金的疲勞行為，不僅具有實際

2、應(yīng)用價值，也可以為結(jié)構(gòu)件的抗疲勞設(shè)計提供可靠的理論依據(jù)。
　　通過改變熱加工工藝獲得T20Z合金的等軸組織并分析合金發(fā)生等軸化的機(jī)理。發(fā)現(xiàn)軋制前細(xì)小的組織和較低的變形溫度有利于等軸組織的形成，在軋制過程中動態(tài)再結(jié)晶與界面分離是合金等軸化的主要機(jī)制，在軋制后退火時等軸晶不斷長大。經(jīng)過淬火后進(jìn)行軋制退火獲得的細(xì)小等軸組織屈服強(qiáng)度平均為1000MPa，抗拉強(qiáng)度為1073MPa，合金延伸率為20.18%，與鍛后直接退火得到的組織相比，強(qiáng)度

3、和延伸率分別提高了13.5%和124.9%。同時，等軸組織的獲得也改變了 T20Z合金組織單一的現(xiàn)狀，為合金的組織多樣化奠定了基礎(chǔ)，可以根據(jù)工況要求合理控制合金微觀組織。
　　利用MTS電-液伺服疲勞試驗機(jī)研究了片層組織T20Z在不同溫度下的高周疲勞性能，結(jié)果表明室溫下疲勞強(qiáng)度極限為775MPa，疲勞強(qiáng)度比為0.67，高于其他常用的金屬材料。為方便工程應(yīng)用擬合出的S-N曲線方程為：σmax=775+52444.12×(2Nf)-0

4、.519。－60～100℃溫度區(qū)間范圍內(nèi)，隨著溫度升高，疲勞壽命逐漸下降。對斷口附近的位錯結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察并分析其疲勞機(jī)理，認(rèn)為大量位錯堆積在α/β界面α相一側(cè)造成的應(yīng)力集中是疲勞裂紋源形成的主要原因。
　　研究了T20Z合金組織對高周疲勞性能及疲勞裂紋擴(kuò)展行為的影響，發(fā)現(xiàn)等軸組織合金的疲勞極限為575MPa，低于片層組織的775MPa。當(dāng)應(yīng)力水平高于825MPa時，等軸組織的疲勞壽命比片層組織的疲勞壽命長，反之前者的疲勞壽命短于后者

5、。在應(yīng)力比為0.1和0.6時，等軸晶組織疲勞裂紋擴(kuò)展速率均高于片層組織的裂紋擴(kuò)展速率；對于同一種組織，高應(yīng)力比下裂紋擴(kuò)展速率更快。經(jīng)過對上述結(jié)果的分析認(rèn)為，在高應(yīng)力水平下等軸組織具有較好的變形協(xié)調(diào)能力，疲勞裂紋形成壽命較片層組織長。
　　系統(tǒng)研究了鑄態(tài) Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5非晶合金在拉-拉疲勞和三點彎曲疲勞試驗?zāi)Ｊ较缕谛袨?。?拉疲勞試驗?zāi)Ｊ较碌钠跇O限為630MPa，在三點彎曲模式下疲勞極限