基于深度敏感压痕技术研究镍基超合金疲劳细观力学性能

摘要

疲劳寿命预测技术的进一步发展要求对材料疲劳力学行为与损伤研究进入微细观层次。本文围绕深度敏感压痕(depth-sensing indentation，DSI)技术，总结了一套测试和计算材料细观力学性能的方法，并通过该方法研究了高温低周疲劳镍基超合金(GH4145/SQ)的细观力学性能变化特征。
　　 首先，本文通过对镍基超合金原始材料的压入试验，确定出DSI技术的具体试验条件，并分析了该条件下材料力学性能的尺寸效应。结果表明：当压入载荷为500mN、峰值保持时间为15s和测试样本数为17时，可保证无损测得材料的细观力学性能，且尺寸效应可忽略不计，压痕硬度服从正态概率分布。
　　 依据压入试验获得的载荷-深度(F-h)曲线，对基于DSI技术计算材料细观力学性能的5种代表性方法进行了计算分析，并通过与宏观拉伸试验结果相比较，确定出一种与宏观力学数据较为一致的方法-“基于最大压入深度的M.DAO法”，作为本文镍基超合金高温低周疲劳细观力学性能的计算方法。
　　 应用DSI技术研究了镍基超合金高温低周疲劳压痕参数(最大压入深度、残余深度、塑性功和弹性功)与细观力学性能(硬度、屈服应力、弹性模量和应变硬化指数)的统计变化特征，并和宏观循环应力响应曲线进行了比较；采用金相显微术测量了不同疲劳阶段材料的细观结构(滑移带间距)。结果表明：在整个疲劳过程中，材料的硬度、屈服应力、弹性模量和应变硬化指数等细观力学性能均服从正态概率分布。当应变幅恒定时，硬度和屈服应力随循环周次增加增大，而弹性模量、应变硬化指数和滑移带间距随循环周次的增加减小；对应于一定疲劳循环周次，硬度和屈服应力随应变幅增大增加，而弹性模量、应变硬化指数和滑移带间距随应变幅增大减小。高温低周疲劳过程中材料力学性能变化与细观结构(滑移带间距)的特征统计关联。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 基于深度敏感压痕技术计算材料力学参数的研究概况

1.2.1 Oliver-Pharr法和相关修正方法

1.2.2 A.E.Giannakopoulos-S.Suresh法

1.2.3 M.DAO法

1.2.4 一般方法

1.2.5 压痕功法

1.3 本论文的立题依据和主要研究内容

第二章 确定深度敏感压痕测试条件

2.1 试验材料和试样制备

2.1.1 试验材料简介

2.1.2 试样制备

2.1.3 平均晶粒度测定

2.2 深度敏感压痕测试条件

2.2.1 压痕测试样本数

2.2.2 压入载荷峰值保持时间

2.2.3 压入载荷与尺寸效应

2.3 本章小结

第三章 基于载荷深度曲线计算材料细观力学性能方法比较

3.1 镍基超合金原始试样细观力学性能计算

3.2 方法讨论

3.3 本章小结

第四章 高温低周疲劳镍基超合金细观力学性能变化特征

4.1 试验

4.2 疲劳细观力学性能分析

4.2.1 疲劳细观力学性能变化特征

4.2.2 疲劳细观力学性能分布规律

4.3 细观结构分析

4.3.1 晶粒滑移带间距测量

4.3.2 滑移带间距变化特征

4.4 分析讨论

4.4.1 细观力学性能与宏观试验比较

4.4.2 细观结构与力学性能变化关系

4.5 本章小结

第五章 总结

5.1 主要结论

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果