在疲勞載荷下具有高、中、低強(qiáng)度γ-TiAl合金的表面缺陷的損傷容限研究.pdf

1、本文對(duì)三種不同強(qiáng)度的γ-TiAl合金:Ti-44Al-4Nb-4Zr-0.2Si-1B（at.％，4Nb-4Zr，高強(qiáng)度）、Ti-45 Al-2Mn-2Nb-0.8vol.％TiB2(at.％，2Mn-2Nb，中強(qiáng)度)和Ti-48Al-2Cr-2Nb-1B（at.％，2Cr-2Nb，低強(qiáng)度），進(jìn)行了700℃，10000小時(shí)的空氣熱暴露，通過(guò)掃描電子顯微鏡研究三種合金在長(zhǎng)期熱暴露前、后的顯微組織的變化情況。并在試樣表面引入不同深度的表面貫

2、穿型直線(xiàn)缺口，通過(guò)階梯升應(yīng)力法測(cè)試了相應(yīng)的疲勞強(qiáng)度，研究了三種合金在熱暴露前、后對(duì)表面缺口的容忍限度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果以Kitagawa-Takahashi線(xiàn)圖的形式進(jìn)行總結(jié)和分析，對(duì)長(zhǎng)裂紋擴(kuò)展門(mén)檻值及合金在熱暴露影響下對(duì)表面損傷的容忍限度進(jìn)行了定量分析討論。
　　研究發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過(guò)700℃、10000小時(shí)的熱暴露后，晶團(tuán)內(nèi)處于亞穩(wěn)態(tài)的α2相通過(guò)相變發(fā)生不同程度的分解和轉(zhuǎn)變，發(fā)生了α2→α2+γ以及α2→β(B2+ω)的相變。其程度以高強(qiáng)度

3、合金4Nb-4Zr最為明顯，而低強(qiáng)度合金2Cr-2Nb最低。
　　研究表明，三種合金熱暴露前、后均存在一個(gè)臨界尺寸ac（在熱暴露前后，合金4Nb-4Zr分別為120μm、230μm;合金2Mn-2Nb分別為260μm、420μm;合金2Cr-2Nb分別為220μm、270μm)，當(dāng)缺口尺寸大于此臨界值時(shí)，樣品將按照線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)的長(zhǎng)裂紋門(mén)檻值所預(yù)測(cè)的疲勞極限值斷裂失效;而當(dāng)缺口尺寸小于此臨界值時(shí)，合金的疲勞行為既不符合光滑樣品的行

4、為，也不符合缺口樣品的長(zhǎng)裂紋行為，而在低于線(xiàn)彈性斷裂力學(xué)所預(yù)測(cè)的疲勞極限條件下失效。這稱(chēng)之為T(mén)iAl合金的短缺口效應(yīng)。鑒于短缺口效應(yīng)的存在，重新確定了合金長(zhǎng)裂紋的有效疲勞缺口擴(kuò)展門(mén)檻值ΔKth.eff和有效缺口過(guò)渡尺寸a0.eff。
　　長(zhǎng)期熱暴露使得三種合金出現(xiàn)短缺口效應(yīng)的臨界尺寸增加，這歸因于長(zhǎng)期熱暴露導(dǎo)致的組織脆化所致，脆化使得材料的表面缺陷敏感性增加。
　　熱暴露導(dǎo)致的對(duì)缺陷敏感性的增加與合金的屈服強(qiáng)度有正向關(guān)系。高