Al-Cu合金定向凝固组织热疲劳性能影响因素的研究

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随着社会的发展，人们对材料的使用要求日益增加，要求材料能够在各种实际应用环境中有较好的性能。在实际应用中，断裂是机械零件和工程构件的三种主要失效形式之一，造成的事故往往使生命和财产受到巨大的损失，而绝大多数断裂由疲劳引起。定向凝固合金是伴随着高温合金的发展而逐渐发展起来的。定向凝固合金的使用很多都牵涉到高温的环境，而疲劳断裂是一大重要的使用隐患，因此对其热疲劳性能的研究相当迫切。而目前对Al-Cu定向凝固合金热疲劳性能的研究进行得很少，系统的研究更加少见报道，因此，本课题具有相当的实际研究价值。本实验在接近材料实际工况的试验条件下，在自约束型热疲劳试验机进行热疲劳试验和热疲劳裂纹萌生及扩展规律的研究。以Al-Cu定向凝固合金为研究对象，通过光学显微镜、SEM以及热疲劳试验等研究了Cu含量，稀土元素和过热处理对Al-Cu定向凝固合金热疲劳性能的影响以及热疲劳裂纹萌生和扩展的机制，模拟了试验的温度场，并且分析了试样的热应力分布。选用带预制裂纹的热疲劳试样，以预制裂纹尖端为起始点，裂纹出现至长度达到0.1mm为热疲劳裂纹萌生阶段；裂纹长度大于0.1mm以后为热疲劳裂纹扩展阶段。以热疲劳裂纹长度达到0.1mm所需冷热循环次数即热疲劳裂纹萌生寿命为标准评定不同类型合金对热疲劳裂纹萌生的抗力；以相同循环次数下热疲劳裂纹的长度为标准评定不同类型合金对热疲劳裂纹扩展的抗力。在本研究条件下，主要得出以下结论： Cu含量对Al-Cu定向凝固合金的热疲劳性能有一定程度的影响，随着Cu含量的增加，在试验研究的范围内，热疲劳性能有一定的提高；加入适量的稀土元素(La、Ce、复合稀土)对Al-Cu定向凝固合金的热疲劳性能有不同程度的提高，其中，加入0.3％La，0.1％Ce以及0.3％复合稀土的热疲劳试样疲劳性能较佳，热疲劳裂纹萌生时所需的循环次数最多；通过热疲劳试样循环次数与主裂纹长度的动态关系图，发现热疲劳裂纹的扩展有别于一般由机械交变载荷造成的常温疲劳，呈现先快后慢，阶段性扩展的特点。

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作者
袁婷婷;
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作者单位

江苏大学;

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授予单位江苏大学;
学科材料加工工程
授予学位硕士
导师姓名司乃潮;
年度 2006
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TG113.255;TG146.21;
关键词
定向凝固合金; Al-Cu合金; 热疲劳; 热疲劳裂纹; 稀土合金;

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