[发明专利]一种TiAl基合金拉伸力学性能测试的试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金的力学性能测试方法，具体地的说，是指TiAl基合金拉伸力学性能测试的试验方法。

背景技术

TiAl基合金具有较高的使用温度、高温强度、弹性模量以及较好的抗氧化性能和抗蠕变性能等优点，使之优于其他的金属及合金而备受航空航天界材料工作者的关注，成为飞机发动机和火箭推进系统所用的新一代高温结构材料中的候选材料之一。目前，钛铝金属间化合物的研究焦点都放在了合金的研究和开发上。然而，TiAl基合金较低的室温塑性、高温强度及断裂韧性，同时合金在很小的载荷下就能产生很大程度的损伤，严重阻碍了其进入实用化的进程。因此，我们有必要对材料在某一定应力范围内产生形变行为进行研究，进而了解材料所产生微裂纹损伤行为，以达到材料的安全应用。

在室温服役中，由于反复使用，材料内部有可能出现部分的塑性变形，这些变形主要是通过裂纹的萌生与扩展表现出来，导致材料内部发生了损伤，降低材料的整体性能。材料脆性断裂的宏观特征，是在断裂前发生不可测的塑性变形，同时在材料发生脆性断裂时裂纹的扩展速度往往很快。TiAl金属间化合物断裂的驱动力是拉伸应力，裂纹在弹性范围内可以起裂并扩展。为了更好的研究TiAl基合金材料在拉伸过程中裂纹形核、扩展和断裂的过程，人们主要采用扫描电镜原位拉伸的方法实现。现有的传统的扫描电镜(SEM)原位拉伸试验所采用的试样由于尺寸较小，工作段与夹持段过渡倒角较小，容易引起应力集中，要在试样工作段中心位置开缺口，并且方便跟踪观察裂纹。裂纹沿缺口位置形成后扩展断裂，观察整个裂纹萌生和扩展过程。但是由于缺口的存在，改变了应力在整个试样平行工作段上的均匀分布，造成缺口位置的应力集中，不利于研究材料在均匀受力下的力学性能，局限了研究方法的应用。

发明内容

本发明为了解决材料原位拉伸性能测试中由于试样开缺口造成的应力集中，引起受力不均的问题，以及固定试样加载位置尺寸较小造成应力集中问题，提供了一种TiAl基合金拉伸力学性能测试的试验方法。所述的试验方法采用不开缺口试样进行SEM扫描电镜拉伸试验，使试样在均匀受力下发生塑性变形，最后发生断裂。利用反复拉伸的手段，控制外加载荷的大小和循环次数来完成材料的变形行为。该方法区别于以往的试验方法之处在于试样未开缺口，没有限定裂纹的形成位置，并且试样在均匀的受力情况下分析力学性能，能够为现实服役过程提供依据。

本发明提供的TiAl基合金拉伸力学性能测试的实验方法，具体步骤为：

第一步：制备原材料；

制备TiAl基合金铸锭，并进行预处理，预处理包括热等静压处理和退火处理。

第二步：设计试样尺寸，加工切割试样；

本发明设计不开缺口试样，并对试样两端的夹持段进行加厚处理，加厚部分的夹持段与中心工作段之间圆角过渡连接，以避免拉伸过程中造成应力集中。

第三步：试样表面的处理；

试样的工作观察面经过粗磨、精磨、细磨和抛光后腐蚀，腐蚀液采用TiAl基合金常用腐蚀液，成分体积比为HNO₃∶HF∶H₂O为10∶5∶85，采用浅腐蚀状态，试样的背面和两侧的边缘分别粗磨、细磨至1200^#～1500^#。

第四步：试样反复加卸载、测定；

按照TiAl基合金标准力学性能曲线，制定反复加卸载荷的水平应力点，即在0～σs(屈服点)内设定反复加卸载的水平应力点，每个水平应力点加载卸载循环，每次加载后马上卸载，没有时间间隔，加卸载荷方式为手动加卸载。

本发明的优点在于：

(1)设计不开缺口的SEM原位拉伸试验试样，使得试样材料在均匀受力下发生断裂，材料塑性变形区域增加。

(2)本发明尤其适用于TiAl等脆性材料的拉伸力学性能测试，可以更详细的观察到材料在反复受力过程中产生的不均匀塑性变形形貌。

(3)采用不开缺口试样进行试验，避免了缺口的存在限定了裂纹的萌生位置，更有利于观察到材料的裂纹的萌生以及塑性变形发生区域，更好的研究材料的力学性能。

附图说明

图1A为现有SEM原位拉伸试验试样标准尺寸俯视图；

图1B为本发明拉伸试样俯视图；

图1C为本发明拉伸试样侧视图；

图2为本发明提供是拉伸试验方法流程图；

图3为TiAl基合金标准力学性能曲线及制定反复水平应力点；

图4为实施例1中反复加卸载过程中的流程图；

图5为实施例1中试样形变3D数字相关形变图；

图6A为实施例1中试样形变扫描电镜低倍形貌图；