钛合金的蠕变行为研究

论文摘要

本文采用MTS拉伸机在室温及高温（23～400℃）下对TC4和TB2合金进行了拉伸试验,得出相应状态下的屈服强度等拉伸性能指标后,在RD-50电子式蠕变持久试验机上进行了相应的蠕变试验。利用金相和透射电镜分析了不同温度不同载荷下合金高温蠕变前后的显微组织及亚结构,利用扫描电镜对拉伸试样断口进行了观察。研究了温度及载荷对拉伸及蠕变性能的影响,并对TC4和TB2合金高温下的蠕变机制进行了分析和讨论。拉伸试验结果表明,随拉伸温度的升高,TC4和TB2合金的抗拉强度和屈服强度降低,塑性增加,400℃时与室温相比,TC4合金的屈服极限由880.4MPa降为586.0MPa,下降了33.4%,而延伸率由18.2%上升到25.1%,增加幅度为37.9%;TB2合金的屈服极限由1145.9 MPa降为791.6MPa,下降了30.9%,而延伸率由17.3%上升到19.9%。扫描电镜显示,随温度升高,试样断口呈现更明显的韧性断裂特征。蠕变试验结果显示,TC4和TB2合金在100400℃的蠕变曲线均呈现典型蠕变特点,特别的,TB2合金在0.8σ0.2应力状态下蠕变时,其第一、二阶段较短,很快进入第三阶段导致断裂。同载荷下,温度越高,蠕变越就有较高的稳态蠕变速率和蠕变应变总量;同温下,载荷越大,蠕变就有较高的稳态蠕变速率和蠕变应变总量。采用幂函数式的Norton公式作为稳速阶段的蠕变率,得到TC4合金各温度下应力指数分别为100℃,0.44;200℃,0.42;300℃,0.58;400℃,2.0;TB2合金各温度下应力指数分别为:300℃,0.2;400℃,0.37。可见,TC4合金在400℃的蠕变机制主要为位错粘滞滑移,TB2合金在300及400℃的蠕变机制亦为位错滑移蠕变。TEM观察的位错形态与上述蠕变机制相吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 钛合金概述
• 1.2.1 钛合金的分类及其相应的特点
• 1.2.2 TC4 和TB2 合金的显微组织
• 1.2.3 钛合金的热处理
• 1.3 蠕变理论概述
• 1.3.1 蠕变的基本规律和现象
• 1.3.2 位错理论
• 1.3.3 回复与再结晶
• 1.3.4 晶界滑移和晶界迁移
• 1.4 影响钛合金蠕变行为的因素和提高蠕变抗力的可能途径
• 1.4.1 基体金属与晶体结构的影响
• 1.4.2 溶质元素的影响
• 1.4.3 析出物与夹杂物的影响
• 1.5 钛合金蠕变行为的研究概况
• 1.6 本文主要研究的内容
• 1.6.1 目的及意义
• 1.6.2 主要研究内容
• 第2章 试验材料、设备及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试样的制备
• 2.2.1 热处理工艺的选择
• 2.2.2 试样的制备
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 拉伸性能测试
• 2.3.2 维氏硬度测试
• 2.3.3 蠕变性能测试
• 2.3.4 断口及显微组织观察
• 第3章 钛合金的拉伸性能
• 3.1 引言
• 3.2 钛合金的显微组织
• 3.2.1 TC4 合金的显微组织
• 3.2.2 TB2 合金的显微组织
• 3.3 钛合金的拉伸性能
• 3.3.1 低温下TC4 合金的拉伸性能
• 3.3.2 高温下TC4 合金的拉伸性能
• 3.3.3 高温下TB2 合金的拉伸性能
• 3.4 拉伸断口分析
• 3.4.1 TC4 合金的拉伸断口
• 3.4.2 TB2 合金的拉伸断口
• 3.5 本章小结
• 第4章 钛合金的蠕变性能
• 4.1 引言
• 4.2 温度对钛合金蠕变性能的影响
• 4.2.1 温度对TC4 合金蠕变性能的影响
• 4.2.2 温度对TB2 合金蠕变性能的影响
• 4.2.3 分析与讨论
• 4.3 载荷对钛合金蠕变性能的影响
• 4.3.1 载荷对TC4 合金蠕变性能的影响
• 4.3.2 载荷对TB2 合金蠕变性能的影响
• 4.4 蠕变前后的组织结构特点分析
• 4.4.1 金相分析
• 4.4.2 透射电镜分析
• 4.5 蠕变机制初步讨论
• 4.5.1 蠕变速率
• 4.5.2 A 和n 的计算
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢