TiAl与K418合金的缺口敏感性研究

摘要

本文对K418及TiA1两种材料带有不同缺口根半径的平板及圆棒试样进行了拉伸断裂实验，通过宏观力学性能参数的测定；断口和金相观察；并结合不同缺口根半径试样的有限元(FEM)计算，对两种材料拉伸的宏观力学性能、缺口敏感度和断裂机理进行了研究。得到以下主要结果：(1)平板双缺口试件、圆棒缺口试件和新型多缺口试件力学性能测定结果表明K418和TiAl合金对缺口敏感性有较大不同：K418对缺口敏感性不大，但TiAl合金表现出较大的缺口敏感性。因而K418铸件容限标准不能直接应用到TiAl合金上。(2)SEM断口分析表明K418室温断裂是韧性断裂和脆性断裂混合型断裂，韧性断裂是由韧窝形成、扩展、融合形成的，其控制因素是塑性变形，试样断裂源于内部缺陷，缺陷组织主要为疏松；TiAl合金室温断裂是典型脆性解理断裂，其控制因素是正应力，缺口试件的起裂源位于缺口根部，基本无缺陷。K418和TiAl合金断裂机理不同，导致其缺口敏感性不同。(3)有限元计算结果表明：缺口前端的正应力syy/sy，三向应力度sm/(-σ)和等效塑性应变e随外加载荷P的增加而增加；随缺口根半径的减小而增加。试样变形是从缺口根部开始的，而试样所受最大正应力却在距离缺口根部一定距离处。(4)在新型多缺口圆棒试件拉伸实验中发现：对TiAl合金，当缺口深度为试件直径的10％时断裂强度下降，当为20％时断裂强度突然急剧下降。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1工程背景

1.2高温合金的发展与研究现状

1.2.1镍基合金的发展与研究现状

1.2.2 TiAl基合金的发展与研究现状

1.3缺口敏感性的相关研究

1.4发展趋势

1.5本文主要研究内容及目的

第2章实验与计算方法

2.1实验材料

2.2试样的制备

2.2.1两种材料的平板拉伸试样

2.2.2两种材料的圆棒拉伸试样

2.2.3两种材料特殊缺口圆棒拉伸试样

2.3宏观力学实验

2.4断口及金相观察

2.4.1断口观察

2.4.2金相试样观察

2.5 ABAQUS有限元计算

2.5.1计算的目的和意义

2.5.2计算模型及方法

第3章实验结果分析

3.1平板拉伸结果分析

3.1.1平板拉伸结果分析

3.1.2断口观察结果及分析

3.2圆棒拉伸缺口敏感性试验结果实验过程

3.3特殊缺口的圆棒拉伸缺口敏感性试验结果

第4章计算结果及分析

4.1平板拉伸模拟结果分析

4.2圆棒拉伸模拟结果分析

第五章涡轮断口分析

5.1整体断裂形态分析：

5.2整体涡轮断裂起裂源分析

5.3涡轮叶片断口分析

5.4失效机理分析

结 论

参考文献

致 谢

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