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航天动力系统用铜合金材料的高温力学行为研究

作　者: 张超
导　师: 徐玉松
学　校: 江苏科技大学
专　业: 材料学
关键词: Cu-0.2Zr合金 Cu-3Ag-0.5Zr合金 高温拉伸 高温疲劳 高温蠕变
分类号: V250.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


本文研究了Cu-0.2%Zr和Cu-3%Ag-0.5%Zr合金的高温拉伸、高温疲劳以及高温蠕变行为。通过试验测试,得出了不同因素对两种合金高温力学性能的影响规律;采用金相和SEM等方法,对CuZr、CuAgZr合金的显微组织以及失效断口进行了系统的分析,探讨了不同组织状态下两种合金的高温断裂机理。在相同温度和拉伸速率下CuZr、CuAgZr合金高温拉伸试验结果表明,晶粒尺寸较小的材料其屈服强度、抗拉强度均高于晶粒尺寸较大的材料,结果符合Hall-Petch关系。SEM断口形貌观察结果表明,两种合金的高温拉伸断裂机制为沿晶韧性断裂,塑性较好的材料其断口面积较小,而且纤维区所占断口比例较大。两种合金在相同应力比的高温高周疲劳试验结果表明,同一应力水平下,随着温度的升高,两种合金的疲劳寿命均降低,晶粒尺寸较小的材料其高温高周疲劳寿命较长,得出了不同温度下两种合金的疲劳极限。高周疲劳阶段,相比较试验应力而言,试验温度对两种合金的疲劳寿命影响较大。两种合金断口均为沿晶韧性断裂,但断裂特征没有高温拉伸断口明显。CuZr、CuAgZr合金在相同应变比条件下的高温低周疲劳试验结果表明,随着温度的升高,两种合金的抗疲劳性能得到提高。CuAgZr合金在疲劳过程中表现出循环软化特征。两种合金断口表面存在较多空洞,断口主要为沿晶韧性断裂,即微孔聚集型断裂特征。采用通用斜率法得到的数据方程较实际计算得到的方程更可靠,可作为预测两种合金材料低周疲劳性能的有效判据。根据通用斜率法分析表明,CuZr合金抗高温低周疲劳性能更佳。两种合金高温蠕变试验结果表明,蠕变后CuZr、CuAgZr合金显微组织发生了明显的变化,而且晶粒尺寸较大的材料对抵抗高温蠕变具有更好的作用。中温蠕变时,位错粘滞滑移过程是CuZr、CuAgZr合金蠕变过程中速率的控制机制。高温蠕变时,CuZr、CuAgZr合金的蠕变过程主要由晶界扩散机制所控制。两种合金高温蠕变断口均表现为韧性沿晶断裂,存在二次裂纹。两种合金的蠕变断裂数据符合Monkman-Grant关系。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-13
第1章 绪论  13-23
  引言  13
  1.1 铜及铜合金  13-15
    1.1.1 铜及铜合金特点  13-14
    1.1.2 铜及铜合金分类  14-15
    1.1.3 铜及铜合金应用  15
  1.2 金属高温力学性能  15-20
    1.2.1 高温拉伸  16-17
    1.2.2 高温疲劳  17-18
    1.2.3 高温蠕变  18-20
  1.3 国内外研究现状及发展趋势  20-21
  1.4 课题研究内容  21-23
第2章 试验材料及方法  23-29
  2.1 试验材料  23-24
  2.2 高温拉伸试验  24-25
  2.3 高温疲劳试验  25-27
    2.3.1 高温高周疲劳试验  25-26
    2.3.2 高温低周疲劳试验  26-27
  2.4 高温蠕变试验  27-28
  2.5 组织分析方法  28-29
    2.5.1 金相分析  28
    2.5.2 扫描电子显微镜分析  28-29
第3章 高温拉伸性能  29-34
  引言  29
  3.1 合金热处理后的组织  29-32
  3.2 合金高温拉伸力学性能  32
  3.3 合金高温拉伸断口分析  32-33
  3.4 本章小结  33-34
第4章 高温疲劳行为  34-56
  引言  34
  4.1 高温高周疲劳性能  34-43
    4.1.1 CuZr 合金高周疲劳试验分析  34-36
    4.1.2 CuAgZr 合金高周疲劳试验分析  36-38
    4.1.3 合金高周疲劳对比分析  38-40
    4.1.4 高周疲劳断口分析  40-43
  4.2 高温低周疲劳性能  43-55
    4.2.1 试验数据及分析  43-50
    4.2.2 合金金相分析  50-51
    4.2.3 低周疲劳断口分析  51-55
  4.3 本章小结  55-56
第5章 高温蠕变行为  56-71
  引言  56
  5.1 蠕变数据及曲线  56-58
  5.2 高温蠕变分析  58-63
    5.2.1 CuZr 合金蠕变数据分析  59-61
    5.2.2 CuAgZr 合金蠕变数据分析  61-63
  5.3 蠕变机制  63-64
  5.4 蠕变断裂  64-68
  5.5 持久寿命预测  68-70
  5.6 本章小结  70-71
结论  71-72
参考文献  72-76
攻读硕士学位期间发表的学术论文  76-77
致谢  77-78
大摘要  78-82

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中图分类: > 航空、航天 > 航空 > 航空用材料 > 一般性问题 > 材料试验及检验
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