航天动力系统用铜合金材料的高温力学行为研究

论文摘要

本文研究了Cu-0.2%Zr和Cu-3%Ag-0.5%Zr合金的高温拉伸、高温疲劳以及高温蠕变行为。通过试验测试,得出了不同因素对两种合金高温力学性能的影响规律;采用金相和SEM等方法,对CuZr、CuAgZr合金的显微组织以及失效断口进行了系统的分析,探讨了不同组织状态下两种合金的高温断裂机理。在相同温度和拉伸速率下CuZr、CuAgZr合金高温拉伸试验结果表明,晶粒尺寸较小的材料其屈服强度、抗拉强度均高于晶粒尺寸较大的材料,结果符合Hall-Petch关系。SEM断口形貌观察结果表明,两种合金的高温拉伸断裂机制为沿晶韧性断裂,塑性较好的材料其断口面积较小,而且纤维区所占断口比例较大。两种合金在相同应力比的高温高周疲劳试验结果表明,同一应力水平下,随着温度的升高,两种合金的疲劳寿命均降低,晶粒尺寸较小的材料其高温高周疲劳寿命较长,得出了不同温度下两种合金的疲劳极限。高周疲劳阶段,相比较试验应力而言,试验温度对两种合金的疲劳寿命影响较大。两种合金断口均为沿晶韧性断裂,但断裂特征没有高温拉伸断口明显。CuZr、CuAgZr合金在相同应变比条件下的高温低周疲劳试验结果表明,随着温度的升高,两种合金的抗疲劳性能得到提高。CuAgZr合金在疲劳过程中表现出循环软化特征。两种合金断口表面存在较多空洞,断口主要为沿晶韧性断裂,即微孔聚集型断裂特征。采用通用斜率法得到的数据方程较实际计算得到的方程更可靠,可作为预测两种合金材料低周疲劳性能的有效判据。根据通用斜率法分析表明,CuZr合金抗高温低周疲劳性能更佳。两种合金高温蠕变试验结果表明,蠕变后CuZr、CuAgZr合金显微组织发生了明显的变化,而且晶粒尺寸较大的材料对抵抗高温蠕变具有更好的作用。中温蠕变时,位错粘滞滑移过程是CuZr、CuAgZr合金蠕变过程中速率的控制机制。高温蠕变时,CuZr、CuAgZr合金的蠕变过程主要由晶界扩散机制所控制。两种合金高温蠕变断口均表现为韧性沿晶断裂,存在二次裂纹。两种合金的蠕变断裂数据符合Monkman-Grant关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 引言
• 1.1 铜及铜合金
• 1.1.1 铜及铜合金特点
• 1.1.2 铜及铜合金分类
• 1.1.3 铜及铜合金应用
• 1.2 金属高温力学性能
• 1.2.1 高温拉伸
• 1.2.2 高温疲劳
• 1.2.3 高温蠕变
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势
• 1.4 课题研究内容
• 第2章 试验材料及方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 高温拉伸试验
• 2.3 高温疲劳试验
• 2.3.1 高温高周疲劳试验
• 2.3.2 高温低周疲劳试验
• 2.4 高温蠕变试验
• 2.5 组织分析方法
• 2.5.1 金相分析
• 2.5.2 扫描电子显微镜分析
• 第3章 高温拉伸性能
• 引言
• 3.1 合金热处理后的组织
• 3.2 合金高温拉伸力学性能
• 3.3 合金高温拉伸断口分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 高温疲劳行为
• 引言
• 4.1 高温高周疲劳性能
• 4.1.1 CuZr 合金高周疲劳试验分析
• 4.1.2 CuAgZr 合金高周疲劳试验分析
• 4.1.3 合金高周疲劳对比分析
• 4.1.4 高周疲劳断口分析
• 4.2 高温低周疲劳性能
• 4.2.1 试验数据及分析
• 4.2.2 合金金相分析
• 4.2.3 低周疲劳断口分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 高温蠕变行为
• 引言
• 5.1 蠕变数据及曲线
• 5.2 高温蠕变分析
• 5.2.1 CuZr 合金蠕变数据分析
• 5.2.2 CuAgZr 合金蠕变数据分析
• 5.3 蠕变机制
• 5.4 蠕变断裂
• 5.5 持久寿命预测
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 大摘要