梯度纳米结构钛合金的强化机理与综合性能研究

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1、分类号：TG178单位代码：10183研究生学号：2015434049密级：公开吉林大学硕士学位论文（专业学位）梯度纳米结构钛合金的强化机理与综合性能研究ResearchontheStrengtheningMechanismandComprehensivePerformanceofTC11TitaniumwithGradientNanostructure作者姓名：薛桂连类别：工程硕士领域（方向)：材料工程指导教师：赵小辉副教授李福永高级工程师培养单位：材料科学与工程学院2018年5月梯度纳米结构钛合金的强化机理与综合性能研究ResearchontheStrengtheningMecha

2、nismandComprehensivePerformanceofTC11TitaniumwithGradientNanostructure作者姓名：薛桂连领域（方向)：材料工程指导教师：赵小辉副教授类别：工程硕士答辩日期：2018年5月30日摘要摘要论文题目：梯度纳米结构钛合金的强化机理与综合性能研究作为20世纪出现的一种新型结构材料，钛合金因强度高、耐热性高、耐蚀性好而被广泛用于制造整体叶盘、叶片和连接件等。鉴于疲劳断裂是发动机叶片的主要失效形式以及为了保证叶片具有足够的使用寿命，本文通过综合对比分析金相组织、显微硬度、X射线衍射、疲劳S-N曲线以及疲劳断口形貌，探究超声表面滚压处

3、理前后TC11钛合金疲劳断裂机理的差异以及超声表面滚压对TC11钛合金基本性能的影响；为了进一步研究超声表面滚压对TC11钛合金的影响，基于钛合金叶片的服役条件，进行了常温干滑动摩擦磨损实验，探究超声表面滚压对TC11钛合金耐磨性的影响。研究表明，超声表面滚压能显著影响TC11钛合金疲劳性能，同时TC11钛合金在常温下的耐磨性也得到改善。经过超声表面滚压处理后，TC11钛合金表层形成纳米晶并产生残余压缩应力。本实验选用超声表面滚压的参数为静压力200N，往返加工3遍，主轴转速246r/min。具体研究结果：在循环次数为5×106的高周疲劳条件下，超声表面滚压处理后TC11钛合金试样的疲

4、劳寿命较未处理TC11钛合金试样提高了19%；由疲劳S-N曲线可知超声表面滚压处理后TC11钛合金试样的疲劳寿命高于同一应力范围的未处理TC11钛合金试样；同一工况下，超声表面滚压处理后TC11钛合金试样的耐磨性高于未处理TC11钛合金试样。超声表面滚压处理前后TC11钛合金试样的疲劳断口分析表明：未处理TC11钛合金试样的裂纹源萌生于试样表面，经过超声表面滚压处理后TC11钛合金试样的裂纹源萌生于内部，并随着循环载荷增加逐渐靠近中心位置；超声表面滚压处理前后TC11钛合金试样的疲劳断口均能观察到三个典型区域。超声表面滚压处理前后TC11钛合金试样的摩擦磨损数据分析表明：未处理TC11

5、I吉林大学硕士学位论文钛合金试样的耐磨性随着转速的增加，先降低后增高，并且在转速为478r/min时试样的摩擦系数以及磨损率同时达到最大，磨面磨损情况也最严重；而超声表面滚压处理后TC11钛合金的耐磨性随着转速的增加，先增高后降低，在转速为478r/min时，出现较好的耐磨性。关键词：TC11钛合金，超声表面滚压，疲劳断裂机理，干滑动摩擦磨损机理IIAbstractAbstractTitle:ResearchonthestrengtheningmechanismandcomprehensiveperformanceofTC11titaniumwithgradientnanostruct

6、ureTitaniumalloy,anewstructuralmaterialinthe20thcentury,iswidelyusedinthemanufactureofwholeleafplates,bladesandfittingsbecauseofitshighstrength,highheatresistanceandgoodcorrosionresistance.Consideringthefactoffatiguefailureisthemainfailuremodeofenginebladeandgaininganadequateservicelifeofengineb

7、lade,thispapermainlyresearchedthefatiguefracturemechanismoftheTC11titaniumalloybeforeandafterultrasonicimpactingandrollingprocess(UIRP).TheeffectofUIRPonthebasicpropertiesofTC11titaniumalloybyanalyzingtheirmicrostructure,har