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定向凝固镍基高温合金DZ445的疲劳性能研究

作　者: 许辉
导　师: 肖旋
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 材料学
关键词: 高温合金热疲劳低周疲劳高周疲劳疲劳裂纹
分类号: TG132.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

为了检验一种新型高温合金DZ445在不同服役条件下使用性能的可靠性，本文研究了该合金在不同温度下的热疲劳(采用DZ444和IN738合金作对比)，低周疲劳和高周疲劳行为，并对相应的疲劳断裂机制进行了分析。结果表明：三种合金的热疲劳裂纹萌生位置均为V型缺口尖端，萌生方式主要为应力诱导下氧化孔洞的产生、聚集和连接。IN738和DZ444合金的热疲劳裂纹分别沿晶界、枝晶间扩展，DZ445合金的裂纹扩展方式随着温度的升高由沿枝晶间转变为沿晶体学取向。总体上DZ445合金的热疲劳性能最好，DZ444合金次之，IN738合金最差。高温氧化和热应力的交互作用是热疲劳的主要损伤机制，各合金在较高温度下发生的一些微观组织演化促进了热疲劳性能的降低。DZ445合金的900℃低周疲劳不存在过渡疲劳寿命，试样的弹性应变对疲劳寿命的贡献大于塑性应变，合金的强度是决定疲劳寿命的主要因素。总应变幅为0.5%~0.7%时，合金首先发生循环硬化，随后表现出循环稳定；而总应变幅为0.8%和1.0%时，合金只发生循环硬化。位错与γ′相及析出相M23C6的交互作用导致了合金的循环硬化。低周疲劳下，合金的疲劳源在试样表面或次表面上的铸造疏松，加工缺陷以及驻留滑移带处，瞬断区以枝晶断裂方式为主。试样表面上滑移带的产生促进了疲劳裂纹和断裂面的形成。DZ445合金光滑试样和缺口试样的600℃高周疲劳极限分别为440,340MPa，疲劳缺口敏感系数为0.1471。光滑试样的疲劳源一般在表面或近表面处的铸造疏松等缺陷处，扩展区具有滑移带，疲劳辉纹等特征。缺口试样的疲劳裂纹往往萌生于缺口根部，扩展区存在大量疲劳台阶。两者的瞬断区均以枝晶断裂方式为主。两种试样的表面上均存在大量与应力轴呈一定角度的滑移带，位错运动机制均以剪切γ′相为主，合金在疲劳过程中还析出了M23C6型碳化物。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-25
  1.1 高温合金的发展状况  12-13
  1.2 高温合金的热疲劳  13-16
    1.2.1 热疲劳试验方法  14-15
    1.2.2 材料热疲劳性能的影响因素  15-16
  1.3 高温合金的低周疲劳  16-18
    1.3.1 影响材料低周疲劳性能的因素  17
    1.3.2 循环应力响应行为  17-18
    1.3.3 低周疲劳变形特点  18
  1.4 高温合金的高周疲劳  18-20
  1.5 疲劳断口的特征  20-24
    1.5.1 断口的分类  20-21
      1.5.1.1 宏观分类  20-21
      1.5.1.2 微观分类  21
    1.5.2 疲劳断口的宏观形貌特征  21-22
    1.5.3 疲劳断口的微观形貌特征  22-24
      1.5.3.1 疲劳源区的微观形貌特征  22
      1.5.3.2 疲劳裂纹扩展第Ⅱ阶段特征  22-24
      1.5.3.3 最终断裂区的微观形貌  24
  1.6 本文研究的目的、意义和主要内容  24-25
第2章 DZ445 合金的热疲劳性能  25-39
  2.1 实验材料和方法  25-29
    2.1.1 实验材料  25-28
    2.1.2 实验方法  28-29
  2.2 实验结果及分析  29-37
    2.2.1 热疲劳裂纹扩展速率  29-31
    2.2.2 热疲劳裂纹萌生机制  31-32
    2.2.3 热疲劳裂纹扩展机制  32-37
    2.2.4 裂纹扩展机制与合金热疲劳性能的关系  37
  2.3 小结  37-39
第3章 DZ445 合金的低周疲劳性能  39-55
  3.1 实验方法  39-40
  3.2 实验结果及分析  40-53
    3.2.1 低周疲劳变形中的力学特性  40-42
    3.2.2 断口形貌  42-46
    3.2.3 试样表面滑移带  46-49
    3.2.4 二次裂纹扩展形貌  49-50
    3.2.5 低周疲劳断裂后的位错组态  50-53
  3.3 小结  53-55
第4章 DZ445 合金的高周疲劳性能  55-75
  4.1 实验方法  55-56
  4.2 实验结果及分析  56-74
    4.2.1 S-N 曲线  56-57
    4.2.2 不同状态试样的高周疲劳断口形貌  57-64
      4.2.2.1 光滑试样的高周疲劳断口形貌  57-60
      4.2.2.2 缺口试样的高周疲劳断口形貌  60-64
    4.2.3 不同状态试样表面的滑移带特征  64-69
      4.2.3.1 光滑试样的表面滑移带  64-66
      4.2.3.2 缺口试样的表面滑移带  66-69
    4.2.4 二次裂纹扩展形貌  69-71
    4.2.5 不同状态试样的位错组态  71-74
      4.2.5.1 光滑试样的位错组态  71-72
      4.2.5.2 缺口试样的位错组态  72-74
  4.3 小结  74-75
结论  75-77
参考文献  77-84
攻读硕士期间发表的论文和获得的科研成果  84-85
致谢  85-86

定向凝固镍基高温合金DZ445的疲劳性能研究

内容摘要

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