表面激光冲击强化对钛合金超高周弯曲疲劳性能的影响

对TC17钛合金进行了表面激光冲击强化处理,并对其残余应力分布进行了分析,通过强化前后TC17钛合金的超高周弯曲疲劳性能试验,疲劳试样断口形貌的观察,研究了表面激光冲击强化对TC17钛合金的超高周弯曲疲劳性能的影响。结果表明:经过激光冲击强化处理后,TC17钛合金的疲劳裂纹源从强化前的主要分布在表面和次表面,全部转移到了次表面,其超高周弯曲疲劳性能提高了一倍。     

钛合金激光冲击强化层的残余应力及显微组织

对TC6钛合金进行了激光冲击强化(LSP),对强化层的残余应力分布进行了测试,应用透射电子显微镜对强化层的显微组织进行了观察。结果表明:TC6钛合金LSP的最佳功率密度为4GW.cm-2,LSP能在材料表层产生高的残余压应力场,表面残余压应力可达530.4 MPa;LSP可在钛合金表层产生高密度位错和纳米晶,纳米晶尺寸在10～100nm。     

激光快速成形TC4-Ni60A梯度功能涂层的试验研究

为了提高TC4合金表面硬度,增加耐磨性,实现熔覆层间材质的渐变过渡,采用CO2激光在TC4合金表面进行了TC4-Ni60A梯度涂层的熔覆强化处理,研究分析了强化层微观组织和硬度的变化。结果表明,采用适当的成形工艺参数,可在钛合金表面制得连续、均匀、无裂纹和气孔的熔覆层,熔覆强化层材质呈现明显的梯度变化;成形层之间形成了起伏交错的锯齿状界面,均形成了良好的冶金结合;熔覆层硬度平稳过渡,梯度渐变特征良好,最外层的显微硬度可达1140 HV,明显地提高了TC4合金的磨损性能。     

齿轮用TC21-DT钛合金表面稀土-硼共渗强化及其磨削加工研究

<正>钛合金具有密度小、比强度高、抗蚀性优异等突出优点,是一种代替合金钢制造轻量化航空传动机构功能部件的材料。作为齿轮等传动零件材料使用,钛合金存在硬度低,抗剥蚀能力低,容易发生粘结磨损等问题,解决这些问题的途径是提高钛合金的强度和耐磨性。通过表面强化技术增加钛合金齿轮表面硬度,降低摩擦因数,提高耐磨性能,可以使钛合金齿轮表面达到齿轮零件所需的使用性能。本文以新型高强高韧高损伤容限型钛合金TC21-DT为研究对象,探索提高钛合金表面硬度的机制和方法,研究表面强化钛合金磨削加工工艺,研究钛合金齿轮表面黏着磨损及表面接触疲劳性能,为实现钛合金齿轮的应用奠定基础。     

激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头疲劳性能的影响

对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头进行激光冲击强化,对比强化前后焊接接头的疲劳寿命,在光学显微镜和扫描电镜下观察断口疲劳断裂特征,并从焊接接头的显微硬度、微观组织、残余应力分布等方面综合分析激光冲击强化对TC4钛合金单面修饰激光焊接接头的强化机理。试验结果表明：未强化和强化试样均在焊缝咬边处萌生疲劳裂纹,强化试样疲劳寿命是未强化试样疲劳寿命的3.77~9.15倍,强化试样焊缝咬边处马氏体细化,显微硬度提高,焊缝表面呈残余压应力分布,焊缝咬边处残余压应力达-564.37±9.85MPa。晶粒细化和高幅值残余压应力综合作用下抑制了焊缝咬边处疲劳裂纹的萌生,且增大了裂纹扩展阻力,从而提高了焊接接头疲劳性能。     

激光冲击强化对金属显微组织及其机械性能的影响

简述了激光冲击强化的基本原理,重点说明了激光冲击强化对金属显微组织及其机械性能的影响,讨论了激光冲击强化中的相变问题以及残余压应力的数值模拟.激光冲击强化金属后材料表层发生塑性变形,产生了高密度位错,孪晶,以及很大的残余压应力,提高了材料的硬度,耐腐蚀性,疲劳强度,从而有效地改善了材料的综合机械性能.     

激光冲击强化TC4双相钛合金过程中β相的细化机理

采用激光冲击强化(LSP)技术对TC4双相钛合金进行表面强化处理(冲击0～3次),研究了β相晶粒细化机理以及强化前后残余应力、表面硬度及疲劳强度的变化.结果表明:激光冲击强化过程中,β相晶粒内的位错首先通过滑移形成位错线,随着塑性变形加剧,位错不断堆积形成位错壁和位错胞,位错进一步运动后形成亚晶界,并通过动态再结晶实现...     

TC4钛合金表面激光原位反应制备TiN涂层及性能研究

TC4钛合金因其具有质量轻、强度高、延展性强等特点,被广泛应用于医学、航空航天等各个领域。近年来,关于钛合金的研究日益深化。为进一步提升钛合金表面硬度,通常采用涂层制备的形式。研究表明使用激光原位反应原理制备的氮化钛涂层具备良好的抗腐蚀性、抗磨损性以及更强的表面硬度。由于钛合金本身硬度不高,在使用过程中极易产生严重的表面磨损,大大缩短钛合金产品的使用寿命,因此,对TC4钛合金进行涂层制备至关重要。良好的涂层性能有助于扩大钛合金材料的适用范围,提升钛合金的综合性能。     

球铁曲轴激光冲击强化实验研究

为了研究激光冲击强化对球铁性能的影响,采用钕玻璃脉冲激光(波长为1054nm,脉冲宽度为23ns)对球墨铸铁(简称球铁)曲轴试样表面进行冲击强化处理,并对其显微硬度、残余应力和疲劳强度进行实验测试与分析。结果表明,在激光功率密度为10.6GW/cm2的强脉冲激光作用下,冲击区的显微硬度明显增加,表层材料的显微硬度比基体约提高65%~75%;冲击区表面存在残余压应力,数值高达-400MPa,使用寿命提高150%。实验结果表明,激光冲击球铁曲轴的强化效果明显。     

激光强化参数对40Cr钢表面组织及摩擦性能影响的研究

采用CO2横流式激光器对40Cr材料进行表面强化处理研究;使用S-360型扫描电镜观察激光硬化区金相组织及成分并观察金属表面磨损形貌;采用CHX-1超显微硬度计测量激光强化区断面的显微硬度;然后在MPX-2000盘销式摩擦磨损实验机上进行干摩擦和油润滑实验。结果表明:激光参数对表面硬度和硬化层深度有很大影响,较大的功率可使奥氏体转变充分而获得更多的马氏体,激光扫描速度越快,功率越大,显微硬度越高,硬化层越深;少量针状马氏体组织化引起表层强化,经激光硬化的表面其耐磨性可大大提高;40Cr在干摩擦条件下的平均磨损量是润滑时的5倍,40Cr和20MnSiV的磨损主要以磨粒磨损为主,同时也有粘着磨损。     

SLM成形表面织构对TC4钛合金干摩擦磨损性能的影响

基于一步法思路,采用金属3D打印机基于激光选区熔化（SLM）技术制备表面带有凹坑织构的TC4钛合金试样,采用光学相机、超景深显微镜和扫描电镜观察织构成形情况,利用激光共聚焦位移测试仪和显微维氏硬度计分别测试表面粗糙度和表面硬度,在干摩擦条件下采用摩擦磨损试验仪考察不同载荷下织构密度对TC4钛合金试样摩擦学性能的影响,并使用扫描电镜对摩擦实验前后的表面形貌进行分析。研究结果表明：一步法SLM成形能够在TC4钛合金表面获得成形良好的直径500 μm的织构;随着织构密度的提高,钛合金试样表面粗糙度增大,表面硬度有所降低;干摩擦条件下,提高TC4钛合金试样织构密度有利于磨屑的收集从而减少试样的三体磨损,提高载荷有利于改善摩擦副接触状态;5 N载荷下40%织构密度试样的平均摩擦因数和磨痕宽度均最小,与无织构试样相比,平均摩擦因数和磨痕宽度分别降低12%和16%;40%织构密度下,载荷提高会引起摩擦因数的降低和磨损量增大,磨损表面犁沟和片状剥落增多。在干摩擦条件下,3D打印一步法制备的表面织构可以显著改善TC4钛合金的磨粒磨损和黏着磨损。     

Slurry Erosion Wear Resistance and Impact-Induced Phase Transformation of Titanium Alloys

Erosion wear resistance and impact-induced phase transformation of titanium alloys TA2 (pure Ti), TC4 (Ti–6Al–4V) and TC11 (Ti–6.5Al–3.5Mo–1.5Zr–0.3Si) were investigated using a slurry jet tester. The slurry erosion wear resistance of TA2 is comparable to that of 304 stainless steel, especially at the impingement angle 90°. Although TC4 and TC11 have higher hardness, TA2 possesses the best erosion wear resistance except TC11 at 15°. With the increasing erosion time, the eroded surface hardness of TC11 at the impingement angle 90° increases and then decreases, while the volume loss rate drops in the first 15 min, then increases until 30 min, and then slightly decreases again. With XRD characterization and SEM observation, erosion-induced phase transformation from metastable β-phase to α-phase is proved on the surface of titanium alloy TC11. And the thickness of visible phase transformation layer is about 10 μm. Phase transformation influences the erosive wear mechanism of titanium alloys. At the impingement angle of 30°, the material removal of TC4 and TC11 can be described as micro-plowing and lip extruding, while plowing mark is not a typical surface morphology of TA2, indicating a better work-harden ability. So, stabilizing β-phase can be an effective way to improve the erosion wear resistance of titanium alloys.     

不同基体CrN/CrCN多层涂层海水环境摩擦学性能研究*

为研究不同基体材料对CrN/CrCN多层涂层在海水环境下摩擦学性能的影响,采用多弧离子镀技术在H65铜合金、TC4钛合金和316L不锈钢基体上沉积CrN和CrN/CrCN多层复合涂层,通过XRD、SEM等技术对涂层的结构进行表征,通过结合力、硬度测试和摩擦磨损试验分析涂层在大气环境和海水环境下的力学性能和摩擦学性能。结果表明:CrN/CrCN多层涂层的内应力相对于CrN明显减小,且硬度相对CrN涂层较高;TC4钛合金为基体的涂层结合力较好且涂层硬度较高;在海水环境下涂层的摩擦因数相对于大气环境都有较大幅度下降,其中,以TC4钛合金和316L不锈钢为基体的涂层摩擦因数较小;以H65铜合金为基体的2种涂层在海水中的磨损率高于大气中,而以TC4合金、316L不锈钢为基体的CrN/CrCN多层涂层在海水环境下的磨损率低于大气环境;TC4钛合金为基体的CrN/CrCN多层涂层在海水环境下具有最低的磨损率,表明TC4钛合金更适合作为海水环境下CrN/CrCN多层涂层耐磨的基体材料。     

纯钛表面等离子渗镍合金层的显微组织及摩擦学性能

采用等离子表面合金化技术对纯钛进行表面渗镍处理,对渗镍后形成的合金层显微组织、物相组成及硬度进行了分析,并对其摩擦学性能进行了研究。结果表明:渗镍后在纯钛表面形成了与基体结合良好的钛-镍合金层,合金层主要由Ti2Ni、TiNi及钛相组成,厚约30μm,显微硬度约为570HV,合金层的干滑动摩擦磨损性能较纯钛基体的有很大提高。     

[刀具及切削工艺]高速铣削中TaC（NbC）对硬质合金刀具磨损性能的影响

针对航空航天钛合金加工时硬质合金刀具磨损过快的难题，制备了主元素一致、微量合金碳化物TaC（NbC）含量不同的两种WC-Co基硬质合金材料。采用高温维氏硬度计检测两种材料的高温硬度和高温断裂韧性，并制备相同几何参数的立铣刀对钛合金TC4进行铣削加工试验。试验结果表明：在硬质合金中添加微量合金碳化物TaC（NbC），可以同时提高材料的高温硬度和高温断裂韧性,在相同的切削条件下，添加微量合金碳化物TaC（NbC）的硬质合金立铣刀比未添加微量合金碳化物的立铣刀耐磨性更好，刃口断裂裂纹更少，刀具使用寿命更长，更适合航空航天钛合金材料的高速铣削加工。     

Fretting wear behavior of nitrogen ion implanted titanium alloys in bovine serum lubrication

Nitrogen ion implantation was performed on biomedical titanium alloys by using of the PBII technology to improve the surface mechanical properties for the application of artificial joints. The titanium nitride phase was characterized with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The nanohardness of the titanium alloys and implanted samples were measured by using of in-situ nano-mechanical testing system (TriboIndenter). Then, the fretting wear of nitrogen ion implanted titanium alloys was done on the universal multifunctional tester (UMT) with ball-on-flat fretting style in bovine serum lubrication. The fretting wear mechanism was investigated with scanning electron microscopy (SEM) and 3D surface profiler. The XPS analysis results indicate that nitrogen diffuses into the titanium alloy and forms a hard TiN layer on the Ti6Al4V alloys. The nanohardness increases from 6.40 to 7.7 GPa at the normal load of 2 mN, which reveals that nitrogen ion implantation is an effective way to enhance the surface hardness of Ti6Al4V. The coefficients of friction for Ti6Al4V alloy in bovine serum are obviously lower than that in dry friction, but the coefficients of friction for nitrogen ion implanted Ti6Al4V alloy in bovine serum are higher than that in dry friction. Fatigue wear controls the fretting failure mechanism of nitrogen ion implanted Ti6Al4V alloy fretting in bovine serum. The testing results in this paper prove that nitrogen ion implantation can effectively increase the fretting wear resistance for Ti6Al4V alloy in dry friction, and has a considerable improvement for Ti6Al4V alloy in bovine serum lubrication.     

钛及钛合金的表面渗氧强化技术

钛及钛合金具有比强度高、耐蚀性好、良好的高温性及生物相容性等优点,是新兴的结构和功能材料,但由于其表面耐疲劳和耐磨损性能差等缺点使其应用受到限制。表面渗氧强化技术是提高钛合金表面性能的一种有效手段,本文综合评述了表面渗氧技术在钛及钛合金中的应用现状及研究进展。     

Tribology of titanium boride-coated titanium balls against alumina ceramic: Wear, friction, and micromechanisms

The tribological performance of titanium alloy (Ti–6Al–4V) balls coated with a dual boride layer comprised of titanium diboride (TiB₂) and titanium boride (TiB) whiskers mated against alumina ceramic disks has been determined using lubricated ball-on-disk wear testing. Measurements of coefficient of friction values and volumetric wear were made and electron microscopic investigation of wear spots and tracks was performed. The wear rate of the boride-coated titanium alloy balls was 40 times less than that of 97% dense alumina balls. Measurements of wear track width and depth corroborated this result. The superior wear resistance is attributed to the hardness and the unique structure of the dual (TiB₂ + TiB) whisker layer and the consequent smoothness of the wear surface created during the wear process. The material removal mechanism is abrasive in nature in the boride-coated balls compared to grain fracture and pullout in alumina.     

矿用钛合金钻杆表面复合强化与摩擦性能研究*

为提高矿用钛合金钻杆的耐磨性能,以低成本粉末冶金Ti-Al-Fe-Mo合金为研究对象,采用表面机械碾磨与固相渗碳相结合的创新方式对其表面进行复合强化处理,研究不同表面碾磨道次加渗碳处理的钛合金表面的微观组织及其显微硬度。以氮化硅球为摩擦对偶,对表面复合强化钛合金样品进行往复式滑动摩擦试验,研究钛合金表面强化层对其磨损量、摩擦因数、表面磨痕微观组织的影响规律。结果表明：表面机械碾磨方法可以在粉末钛合金表面形成梯度纳米晶结构;钛合金经过表面机械碾磨处理后可显著提高表面渗碳的深度和均匀度;经表面机械碾磨与固相渗碳复合强化处理的钛合金,其磨损量相比于单一表面渗碳的钛合金降低了近58%。表面复合强化的钛合金摩擦磨损机制以疲劳磨损、黏着磨损、氧化磨损和少量的磨粒磨损为主。     

激光织构和碳基薄膜复合处理提高钛合金摩擦学性能研究

在重载滑动干摩擦条件下，对比不同织构密度的钛合金表面的摩擦学性能；在耐磨性最好的织构密度钛合金表面再制备碳基薄膜，并与直接在钛合金表面制备的碳基薄膜的摩擦学性能进行对比。结果表明：3种低织构密度条件下，TC4钛合金的摩擦因数减小、磨损率降低；随着织构密度的增大，钛合金材料的摩擦因数变化极小，磨损率有所增加；在织构密度5.95%的钛合金表面制备的碳基薄膜，因织构微凹处产生的小微湍流，减少了摩擦阻力，使得其摩擦因数相比直接在钛合金表面制备的碳基薄膜的摩擦因数有所减小。织构化碳基薄膜的磨损率比钛合金的磨损率降低了99.31%，比直接在钛合金表面制备碳基薄膜的磨损率也降低了约60%，这是因为高接触应力摩擦过程中触发石墨化转变，被磨损的石墨化颗粒碎片嵌入织构微凹中，抑制了摩擦接触界面的磨损行为。