损伤容限型钛合金TC4-DT的微动磨损性能

采用正交实验设计法,选择影响钛合金微动磨损的位移、载荷、频率3个主要因素,设计L16(4~5)正交表,研究钛合金TC4-DT在不同试验条件下的抗微动性能。以磨损量、摩擦因数为指标研究其微动摩擦磨损特性。结果表明:影响钛合金TC4-DT微动磨损性能的3个因素中,位移、载荷为高度显著影响,频率为显著影响。钛合金TC4-DT的微动磨损为磨粒磨损、粘着磨损和剥层磨损交互作用的结果。     

载荷对TC21钛合金微弧氧化涂层微动磨损性能的影响

采用球盘接触形式,在50和150μm位移振幅条件下,研究了载荷(60、40和20 N)对TC21钛合金及其表面微弧氧化(PEO)涂层切向微动磨损性能的影响。结果显示,随着位移振幅的增大和载荷的减小,TC21钛合金和PEO涂层的微动区域均由部分滑移区向滑移区转变。在部分滑移区,2种材料沿微动方向的磨痕宽度随载荷的减小而减小。虽均未出现明显的材料损失,但TC21钛合金边缘微滑区存在微裂纹的萌生和扩展,其程度随载荷的减小而加重,而微动对PEO涂层只起到了平滑作用。在滑移区,2种材料的磨痕宽度随载荷的减小而增大,且均存在局部磨损。磨损程度随振幅的增大和载荷的减小而加深。其中,PEO涂层的最大磨痕深度小于TC21钛合金,显示出更好的抗微动磨损性能。     

TC21钛合金微弧氧化涂层微动磨损行为研究

采用球盘接触形式,在50 μm和150 μm位移振幅条件下,研究了载荷(60 N、40 N和20 N)对TC21钛合金及其表面微弧氧化(PEO)涂层切向微动磨损性能的影响。结果显示,随着位移振幅的增大和载荷的减小,TC21钛合金和PEO涂层的微动区域均由部分滑移区向滑移区转变。在部分滑移区,两种材料沿微动方向的磨痕宽度随载荷的减小而减小。虽均未出现明显的材料损失,但TC21钛合金边缘微滑区存在微裂纹的萌生和扩展,其程度随载荷的减小而加重,而微动对PEO涂层只起到了平滑作用。在滑移区,两种材料的磨痕宽度随载荷的减小而增大,且均存在局部磨损。磨损程度随振幅的增大和载荷的减小而加深。其中,PEO涂层的最大磨痕深度小于TC21钛合金,显示出更好的抗微动磨损性能。     

TC21钛合金表面处理技术的研究现状

介绍了TC21钛合金的表面处理技术,综述了阳极化处理技术、MAO、渗铬、渗碳、渗硼等耐磨技术以及喷丸处理技术和提高微动磨损性能的超音速火焰喷涂技术,展望了TC21钛合金表面处理技术的发展。     

Ti-6Al-4V激光重熔结构及摩擦学性能

利用激光重熔技术对Ti-6Al-4V(TC4)表面进行了处理。用XRD、SEM和TEM分析了合金化层的组成和组织结构。在SRV-IV微动摩擦磨损试验机上对TC4基材和激光重熔后TC4的摩擦磨损性能进行对比测试。结果表明:激光重熔可以细化TC4的晶粒,显著提高TC4的表面硬度和耐磨性能。     

焊前激光清洗预处理对TC11钛合金焊接性能的影响

利用激光清洗对TC11钛合金表面进行焊前预处理,采用光学显微镜及扫描电镜表征激光清洗前后的表面形貌,以及通过能谱分析激光清洗前后试板表面的元素分布,结果表明:采用合适的激光清洗参数可有效地清除TC11钛合金表面的积碳、金属颗粒及氧化层。对清洗后的TC11钛合金试板进行真空电子束焊接,结果表明:经激光清洗后TC11钛合金试板的焊缝质量达到一级,因此,利用激光清洗进行焊前预处理可有效提高TC11钛合金的焊接质量。     

DLC薄膜对TC4钛合金微动磨损行为的影响

目的 为提高TC4钛合金的抗微动磨损性能,对比研究类金刚石薄膜(DLC)和TC4钛合金在干摩擦条件下的微动磨损行为,揭示DLC薄膜抗微动磨损的机理.方法 在TC4钛合金基体上利用非平衡磁控溅射技术制备DLC薄膜.利用原子力显微镜、拉曼光谱和纳米压痕仪分析薄膜的表面形貌、物相组成以及纳米硬度.利用球/平面接触形式SRV-V微动摩擦磨损试验机研究DLC薄膜和TC4钛合金的微动摩擦磨损性能.采用激光共聚焦显微镜和自带能谱分析仪的场发射扫描电镜分析材料的磨痕情况.通过Ft-D-N曲线、三维轮廓、磨损形貌及磨痕化学成分分析来揭示DLC薄膜和TC4钛合金微动损伤机理.结果 DLC薄膜与TC4钛合金相比,摩擦因数和磨损体积都很小.载荷为10 N时,DLC薄膜的摩擦因数为0.01～0.03,TC4钛合金的摩擦因数为0.07～0.12.从磨损率来看,TC4钛合金的磨损率随着位移幅值的增大而增大,DLC薄膜的磨损率随着位移幅值的增大而减小.位移幅值为100μm时,TC4钛合金的磨损率取得最大值(5.02×10?5 mm3/(N·m)),DLC薄膜的磨损率取得最小值(6.70×10?8 mm3/(N·m)).TC4钛合金磨损严重,磨损机制为粘着磨损、磨粒磨损、疲劳剥层和氧化磨损,同时伴随有塑性变形;而DLC薄膜磨损轻微,磨损机制以磨粒磨损为主.结论 DLC薄膜具有较高的硬度和良好的润滑特性.在干摩擦条件下,DLC薄膜可以显著提高TC4钛合金的抗微动磨损性能.     

淬火对TC4钛合金激光焊接头超塑性变形行为的影响

采用光学显微镜和MTS810拉伸试验机等分析了不同工艺淬火后TC4钛合金激光焊接接头的超塑性变形行为和显微组织,研究了淬火对TC4钛合金激光焊接接头超塑性变形的影响。结果表明:淬火能够提高激光焊接接头的超塑性变形均匀性,且随着淬火温度的升高,激光焊接头超塑性变形均匀性提高;采用接头超塑性变形后焊缝与母材的截面收缩率之比K来表征接头变形后的均匀性,当淬火温度为1000℃,在变形温度940℃及应变速率10~(-4)s~(-1)下进行超塑性变形时,接头变形均匀性达到最大,此时K=0.9。     

淬火对TC4钛合金激光焊接头超塑性变形行为的影响北大核心CSCD

采用光学显微镜和MTS810拉伸试验机等分析了不同工艺淬火后TC4钛合金激光焊接接头的超塑性变形行为和显微组织,研究了淬火对TC4钛合金激光焊接接头超塑性变形的影响。结果表明:淬火能够提高激光焊接接头的超塑性变形均匀性,且随着淬火温度的升高,激光焊接头超塑性变形均匀性提高;采用接头超塑性变形后焊缝与母材的截面收缩率之比K来表征接头变形后的均匀性,当淬火温度为1000℃,在变形温度940℃及应变速率10^(-4)s^(-1)下进行超塑性变形时,接头变形均匀性达到最大,此时K=0.9。     

Self-Nanocrystallization of Ti-6Al-4V Alloy Surface Induced by Laser Shock Processing

应用激光冲击强化技术（也叫激光喷丸）对TC4钛合金表面进行处理。由于其作用过程产生的高幅值压力（GPa量级）、短脉冲（ns量级）、高应变率(>106s-1)使材料表面实现纳米级晶粒细化成为可能,进而进一步提高材料表面性能。同时,应用该技术在TC4钛合金表面实现纳米级晶粒细化较少有系统的研究与报道。采用Q触发钕玻璃激光器,在一定条件、一定参数下,实现了TC4钛合金的表面纳米化,并对其形成机理进行阐述与分析。在实现材料自纳米化的同时,没有引入其它杂质粒子,保持了原母材的成分稳定性,且表面微动耐磨损性能得到了提高。开展该技术的深入研究,也可为材料表面纳米化提供另一种可行的途径与方法     

TC4钛合金的微动疲劳行为研究

研究了TC4钛合金在柱面-平面接触条件下的微动疲劳行为.通过观察微动区的磨损特征和截面形貌,分析了微动疲劳损伤机制,探讨了磨屑的形成与演变过程及其对微动疲劳行为的影响,考察了摩擦系数随时间的变化.结果表明,TC4钛合金微动区的损伤机制以粘着磨损、磨粒磨损和接触疲劳为主,并伴有氧化磨损.磨屑是基体材料脱落、破碎、氧化形成的,磨屑中的硬质氧化物颗粒促进了合金表面的磨粒磨损,加速了疲劳失效.     

离子辅助沉积TiN/Ti复合膜提高TC17钛合金高温微动疲劳抗力

为提高钛合金高温微动疲劳抗力,利用离子辅助电弧沉积技术在TC17钛合金表面制各了TiN/Ti复合膜层,研究了膜层的剖面成分分布、膜基结合强度、膜层显微硬度、韧性、常规摩擦学性能以及抗高温微动疲劳性能.结果表明:利用离子辅助电弧沉积技术可以获得硬度高、韧性好、膜基结合强度和承载能力优异的TiN/Ti复合膜层,该膜层具有良好的抗磨和减摩性能,能够显著地提高TC17钛合金在350℃高温环境下的常规磨损和微动疲劳抗力.然而,TC17钛合金表面喷丸强化后进行离子辅助沉积TiN/Ti复合膜,由于喷丸层残余压应力的显著松弛以及膜层易于开裂和脱落的缘故,微动疲劳抗力则不及喷丸强化或TiN/Ti复合膜单独作用.     

TC4合金在不同环境介质中微动磨损行为研究

采用SRV-IV微动磨损试验台,研究TC4钛合金在空气和纯水介质中不同位移幅值下的微动磨损行为及其在模拟海水中的微动腐蚀特性,利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜分别对磨痕表面形貌、磨损体积及磨痕轮廓进行表征,分析了钛合金在不同环境介质中的微动磨损机制。结果表明:摩擦系数随位移幅值的增大呈现出先增大后减小的趋势,磨损体积随位移幅值的增大而增大;干摩擦条件下,摩擦系数较高且波动剧烈,磨损体积较小,磨损机制主要为磨粒磨损、粘着磨损并伴有氧化磨损;与干摩擦相比,水介质中的摩擦系数较低,磨损体积显著增大,且模拟海水中的摩擦系数更低更稳定,磨损轮廓更深,说明腐蚀与磨损之间存在"正"交互作用;TC4合金在纯水介质中的微动磨损机制主要为疲劳磨损和磨粒磨损,而在模拟海水中的微动磨损机制主要为磨粒磨损和腐蚀磨损。     

Effect of TiN/Ti composite coating and shot peening on fretting fatigue behavior of TC17 alloy at 350 °C

A TiN/Ti composite coating has been prepared on a TC17 titanium alloy substrate by an ion-assisted arc deposition (IAAD) technique with a view to improving the fretting fatigue resistance of the titanium alloy at 350 °C. The composition distribution, bonding strength, micro-hardness, ductility, tribological properties, and fretting fatigue resistance at elevated temperature of the coating have been investigated. The results indicate that the IAAD technique can be used to prepare a TiN/Ti composite coating with high hardness, good ductility, excellent bonding strength, and high load-bearing capability. The TiN/Ti composite coatings can improve the resistance to wear and fretting fatigue of the Ti alloy, as manifested in its excellent tribological behavior at 350 °C. However, the fretting fatigue resistance of the titanium alloy treated by shot peening (SP) combined with IAAD TiN/Ti coating post-treatment was lower than that by IAAD TiN/Ti coating or SP alone, because the compressive residual stress induced by SP was significantly relaxed during coating process and the coating easily cracked and broke off.     

等离子渗氮与喷丸强化复合改进钛合金抗微动损伤性能

利用直流脉冲等离子电源装置对Ti6A14V钛合金表面渗氮处理,研究了渗氮层的相组成、硬度分布、韧度及摩擦学性能,采用喷丸形变强化(SP)对渗氮层进行后处理,以达到联合提高钛合金微动疲劳(FF)抗力的目的.研究结果表明:脉冲电源等离子技术可在钛合金表面获得由TiN、Ti2N、Ti2A1N等相组成的渗氮层,该改性层能够显著地提高钛合金常规磨损和微动磨损(FW)抗力,但降低了基材的FF抗力.渗氮层的减摩和抗磨性能与SP引入的表面残余压应力协同作用,使钛合金FF抗力超过了SP单独作用.提高渗氮层韧度对改善钛合金FF和FW性能均十分重要.     

接触载荷对TC4钛合金微动磨损行为的影响

目的在不同的载荷和位移幅值下,结合微动图研究微动接触状态、滑移状态、损伤体积三者对微动摩擦磨损的影响以及不同微动接触状态和滑移状态下材料的损伤机理,为机械构件的微动磨损防护设计提供一定的理论支持。方法在相对湿度为50%、干摩擦条件下,运用SRV-V摩擦实验机,采用球/平面接触形式研究了TC4钛合金/GCr15钢球摩擦副的微动摩擦磨损行为。实验后,用原子力显微镜、纳米压痕仪、三维光学轮廓仪、场发射扫描电子显微镜及其自带的EDS,测试TC4试样的表面形貌及粗糙度、弹性模量与硬度、磨损体积与截面形貌和显微结构及磨斑、磨屑形貌成分等。结果在较低法向载荷下,完全滑移(GSR)占主导地位。磨粒磨损、粘着磨损、氧化磨损以及疲劳脱层是主要的损伤机理。另一方面,在较高法向载荷下,混合滑移(MSR)、部分滑移(PSR)占主导地位。损伤机制是由于高的应力集中,导致疲劳裂纹。此外,不同的微动运行条件下和材料损伤区域也不相同。完全滑移条件下,损伤主要集中在磨斑中心,而部分滑移条件下,损伤主要集中在磨斑边缘。结论切向摩擦力、微动振幅是影响微动磨损的重要因素。小位移幅值下,磨屑可以减缓接触面钛合金基体材料的微动磨损;而大位移幅值下,磨屑会加剧接触面基体材料的微动磨损。     

钛及其合金的扭动微动摩擦磨损特性

采用新型扭动微动试验机在法向载荷为50、80和110 N及角位移幅值为0.3°~10°的条件下进行TA2和TC4合金与ZrO2对磨球的扭动微动试验。在摩擦动力学行为研究的基础上,结合磨痕形貌微观分析,考察TA2和TC4合金的扭动微动磨损特性。结果表明:可用摩擦扭矩—角位移曲线和摩擦扭矩时变曲线表征合金的扭动微动行为,获得了TA2和TC4合金的扭动微动运行工况微动图,TA2合金的混合区较TC4合金的宽。摩擦扭矩随法向载荷和角位移幅值的增加而增加,在相同试验条件下,TA2合金的摩擦扭矩始终大于TC4合金的。在部分滑移区,损伤轻微;在混合区和滑移区,损伤加剧,扭动微动摩擦磨损机制主要为磨粒磨损、氧化磨损和剥落。     

退火对海绵钛/电解钛熔炼TC4合金铸锭轧制板材组织性能的影响

以海绵钛和电解钛分别作为熔炼TC4钛合金的原材料,将熔炼后的铸锭进行热轧并退火处理,研究不同原料铸锭轧制的TC4合金板材退火处理后的组织与力学性能。结果表明:去应力退火对电解钛与海绵钛TC4合金板材组织的影响不大。再结晶退火后,电解钛与海绵钛TC4合金板材均有再结晶的等轴α相,而电解钛TC4合金的等轴化程度更高,内部组织更均匀。海绵钛TC4合金板材在经550 ℃退火处理后的应力去除效果比电解钛TC4合金的好,其强度略微降低,而塑性提升更为明显。电解钛TC4合金板材在经过800 ℃退火处理后的再结晶效果比海绵钛TC4合金好,其强度略微降低,而塑性得到极大的提升。两种钛合金板材退火后板材的断裂方式皆为韧性断裂。海绵钛TC4合金板材经退火后硬度降低,而电解钛TC4合金板材经退火后硬度增加。     

变形工艺对TC11钛合金超塑性的影响

为了研究TC11(Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)钛合金的超塑性变形行为,采用两种改锻工艺细化坯料原始组织,然后在电子拉伸试验机上分别以恒速、恒应变速率和最大m值法进行拉伸实验.结果表明,TC11钛合金在α+β区通过三维镦拔改锻工艺,可以获得晶粒度为6μm的细晶等轴组织,而在β区拔长改锻的组织为粗大的魏氏组织.在变形温度为900℃的条件下,TC11钛合金通过最大m值超塑变形方式获得了异常高的超塑性,最大伸长率达到2300%;而采用常规的恒应变速率和恒速超塑变形,伸长率分别为1147%和1100%.说明TC11钛合金在α+β区通过三维镦拔改锻细化晶粒后,以最大m值超塑变形是获得较好超塑性的有效方法.     

钛合金线性摩擦焊接头形成机制

采用扫描电镜和透射电镜研究TC11同种及TC11与TC17异种钛合金接头微观组织,以探明线性摩擦焊接头形成机制.结果表明,同种钛合金线性摩擦焊接头形成过程与异种钛合金明显不同,这主要是由于二者产热行为不同所致.同种钛合金焊接时,刚开始阶段是以摩擦产热为主,界面形成金属键连接后界面金属的变形产热将占主导.异种钛合金焊接时,刚开始阶段也是以摩擦产热为主,而当界面形成金属键连接后TC11一侧金属的变形产热将是接头热输入的主要来源.随着热量向TC17一侧金属的传导,TC17将发生大变形,接头热输入以TC11与TC17的共同变形产热为主.