管在機械應(yīng)力下的損傷極限簡介

對于塑性材料，當其達到屈服而發(fā)生顯著的塑性變形時，即喪失了正常的工作能力，所以通常取屈服極限作為極限應(yīng)力；對于無明顯屈服階段的塑性材料，則取對應(yīng)于塑性應(yīng)變?yōu)?.2%時的應(yīng)力為極限應(yīng)力。對于脆性材料，由于材料在破壞前都不會產(chǎn)生明顯的塑性變形，只有在斷裂時才喪失正常工作能力，所以應(yīng)取強度極限為極限應(yīng)力。

許用應(yīng)力就是極限應(yīng)力與安全因數(shù)的比值。

研究了六種TiAl合金在交變載荷下的疲勞損傷容限和控制機制。在三種熱暴露狀態(tài)下，定量評估了表面缺陷，應(yīng)力集中，氧化和內(nèi)部組織對疲勞性能的影響，并揭示出相應(yīng)的內(nèi)在控制因素。此研究確定了合金抵抗疲勞損傷的能力，揭示了熱暴露對疲勞抗力的影響，建立了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，為合金在高溫安全應(yīng)用提供了參考依據(jù)。 研究發(fā)現(xiàn)， 1)在熱暴露前, 合金對表面損傷的敏感性與合金的屈服強度成反向關(guān)系。對高強度合金，電解拋光優(yōu)于噴丸；對中、低強度合金，噴丸卻優(yōu)于電解拋光。2) 整體熱暴露導(dǎo)致應(yīng)力弛豫的有益效應(yīng)，同時又導(dǎo)致熱暴露脆化的有害效應(yīng)。對高強度合金，有害效應(yīng)大于有益效應(yīng)；對中、低強度合金， 則相反。 其機理是：中、低強度合金有較低的a2分解引起的釋氧脆化和B2 ω析出引起的相變脆化。 試樣單體熱暴露 氧化會嚴重引起噴丸樣品的疲勞抗力衰退，有限度地引起拋光樣品性能減低，但對線切割樣品卻無損害。 總的說來，所有合金的電解拋光均能承受長期熱暴露 氧化的不利影響。 本課題還研究了八種合金在熱暴露前后的疲勞短裂紋行為。結(jié)合長裂紋擴展速率門檻值和光滑樣品疲勞強度，構(gòu)建了Kitagawa-Takahashi點線圖。研究發(fā)現(xiàn)， 所有合金均存在“短裂紋效應(yīng)”：合金的實際疲勞抗力不同程度地被弱化，既低于光滑樣品的疲勞強度，同時也低于長裂紋擴展門檻值所確定的水準。研究發(fā)現(xiàn)，這種“短裂紋效應(yīng)”在高強度合金中明顯，中、低強度合金中次之。長期熱暴露能導(dǎo)致光滑樣品的疲勞強度和長裂紋擴展門檻值改善，但是， 由于熱暴露引起的組織脆化，所有合金對“短裂紋效應(yīng)”更加敏感， 發(fā)生“短裂紋效應(yīng)”的非安全尺寸范圍擴大。重新定義了保證安全的有效長裂紋擴展門檻值和有效短裂紋過渡尺寸， 為今后的零件設(shè)計提供了基礎(chǔ)。 針對中低強度合金開展了序列熱暴露研究。研究發(fā)現(xiàn)， 中低強度合金含有較少a2層片和極少β (B2 ω)相。 熱暴露時， a2層片的分解和β (B2 ω的析出也明顯較少。因此，釋氧脆化和相變脆化均較弱。?拉伸和疲勞性能下降很少，甚至出現(xiàn)熱暴露強化。 此項工作填補了多類型TiAl合金高溫組織熱穩(wěn)定性研究中的空白。 本項目研究了合金的氧化行為。 氧化的時間-增重曲線遵守 ”初期快速，中期穩(wěn)衡，后期再增快”的三段式特征。 氧化表面主要包含Al2O3, TiO2 and (Ti, Nb)O2等多種氧化物。力學(xué)性能在氧化后下降不多。