【摘 要】
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ZrTiAlV系合金是一种新型材料,具有比强度高,塑性好,耐蚀性强等优良的理化性能和力学性能,可作为潜在的制造空间飞行器的超常规服役环境下的新结构材料。空间飞行器在空间恶劣的
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ZrTiAlV系合金是一种新型材料,具有比强度高,塑性好,耐蚀性强等优良的理化性能和力学性能,可作为潜在的制造空间飞行器的超常规服役环境下的新结构材料。空间飞行器在空间恶劣的环境下服役,承受多种辐射,高低温交变,原子氧和交变应力的影响,即使未达到其理论破坏强度,也会因为疲劳而失效。据统计约有50-90%的空间机械结构的破坏属于疲劳破坏,疲劳成为航空航天工业部门最为关注的问题。因此,研究ZrTiAlV系合金的疲劳性能有极其重要的意义。本文选用不同组分的ZrTiAlV系合金材料,用工业自耗电弧炉熔炼后锻造制备出了三种新型合金,根据差示扫描量热分析(DSC)测定相的转变点制定不同热处理工艺,对合金进行性能改善,并使用金相(OM)、X射线衍射分析(XRD)、拉伸、硬度进行组织形貌分析和力学性能测试,优化合金的热处理工艺,运用三点弯曲法进行疲劳性能的基础研究,测定合金10~7交变循环应力下的疲劳极限,绘制S-N疲劳寿命曲线,并通过扫描(SEM)观察其断口形貌,分析疲劳断裂各个过程的机理。试验结果表明,51Zr合金经800℃退火后具有相对较好的强度塑性匹配,但疲劳性能欠佳,进行三点弯曲疲劳试验时,当应力水平降为100MPa时,仍不能达到规定的循环次数;15Zr合金经400℃退火后获得相对较好的力学性能,通过常规成组和升降法测定出107循环下的疲劳极限为436MPa;该合金经1000℃水淬700℃时效热处理后,合金拉伸强度明显提高,但塑性急剧下降,疲劳试验时,应力降为150MPa时,也没有达到规定的循环次数。力学性能检验和组织形貌分析结果显示,合金本身强度塑性匹配、第二相粒子、夹杂物等缺陷和组织晶粒大小,对疲劳性能有较大影响。
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