TA15合金Cr-Si复合渗层的热腐蚀行为

采用双层辉光等离子表面冶金技术对TA15合金进行了Cr-Si复合渗处理,以形成Cr-Si复合渗层。随后将TA15合金置于700℃硫酸钠(Na_2SO_4)盐浴中热腐蚀100 h,以研究Cr-Si复合渗层能否提高TA15合金的热腐蚀性能。结果表明,经Cr-Si复合渗的TA15合金热腐蚀增重较无Cr-Si复合渗层的TA15合金大大减小,即Cr-Si复合渗明显提高了TA15合金的耐热腐蚀性能。其原因是,Cr-Si复合渗层均匀、致密,在热腐蚀过程中形成Cr_2O_3和SiO_2氧化膜,保护合金不受腐蚀。     

载荷对Cr-Si复合渗层摩擦磨损性能的影响

采用双辉等离子渗金属技术在TA15钛合金表面制备了Cr-Si复合渗层。研究了不同载荷(130 g、230g、330 g)下Cr-Si复合渗层的摩擦性能。使用硬度仪、纳米压痕仪和划痕仪测定了复合渗层的力学性能。采用HT-500型摩擦磨损试验机对TA15合金和Cr-Si复合渗层进行了摩擦磨损试验,以研究载荷对摩擦因数和比磨损率的影响。采用SEM、EDS等探究了渗层的磨痕形貌、成分变化及磨损机制。结果表明,Cr-Si复合渗层与基体结合良好,渗层总厚度达40μm,力学性能较基体有大幅度提高。在不同载荷下,渗层的摩擦因数、磨损体积和比磨损率均较基体大大降低。在重载荷下,基体的磨损机制主要为磨粒磨损和黏着磨损,而Cr-Si复合渗层则以磨粒磨损和氧化磨损为主。     

TC4和TA15合金的高温摩擦磨损性能对比研究

分别采用GCr15和Al_2O_3球作为摩擦配副,研究了TC4和TA15两种不同Ti合金在600℃时的高温摩擦磨损性能,分析了其磨损机制。结果表明,与GCr15对磨时,TC4合金的平均摩擦系数较TA15略高。与Al_2O_3球对磨时,TC4的平均摩擦系数较TA15略低。TA15合金在高温下无论是与GCr15还是与Al_2O_3球对磨,其磨损失重均小于TC4合金。在高温下,基体合金表面(包括TC4和TA15)的氧化加剧了其磨损程度。     

TA15钛合金高温摩擦磨损性能研究

目的 为探究TA15钛合金高温耐磨性能的潜力,研究了TA15钛合金在室温~800 ℃下的摩擦磨损性能。方法 利用Rtec摩擦磨损试验机(Rtec,San Jose,USA)进行TA15钛合金的摩擦磨损性能测试,通过激光共聚焦显微镜、JSM-7800F扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等手段,分析了TA15钛合金在不同温度下的磨痕形貌、成分变化以及磨损机理。结果 在不同试验温度下,微观组织没有出现明显变化,主要为等轴α相和β相;不同温度下的摩擦因数波动不大,从室温的0.279下降到600 ℃的0.224,而在800 ℃时,表面严重氧化导致摩擦因数增大到0.309;在室温~400 ℃时,试样表面磨痕不断变窄变浅,犁沟和磨屑不断减少,而到400 ℃以上时磨痕逐渐变宽,比磨损率也大幅增大,且在600 ℃时的磨损量最大;在600 ℃时,以氧化磨损为主,并伴随着磨粒磨损和黏着磨损,且表面磨痕形貌和宽度比较均匀;在800 ℃时磨损表面以黏着磨损和氧化磨损为主,并伴随着高温焊接的发生。结论 TA15合金表面的O元素含量随温度的升高而逐渐升高,并且氧化反应主要发生在β相内。随着试验温度的升高,TA15钛合金磨损表面的氧化磨损现象也更加明显。     

TA15合金高温本构方程的研究

在Gleeble-1500热模拟试验机上对TA15合金进行了恒应变速率热压缩变形实验,在变形温度为850℃~1030℃、应变速率为1.0s-1~0.0001s-1范围内,测得了应力-应变曲线。以经典的双曲正弦形式的模型为基础,采用线性回归方法建立了TA15合金的高温本构关系,同时也通过对数据回归处理确定了合金不同温度下的应力指数n、应变激活能Q等数值,为TA15合金锻造过程的数值模拟提供了基础。     

TA15钛合金高温持久腐蚀行为研究

为深入分析热盐应力腐蚀对TA15钛合金高温性能的影响,对大规格TA15钛合金棒材进行不同的表面腐蚀处理,测试了500℃/470 MPa条件下的持久性能,并对试样表面、断口处的组织特征进行观察,分析TA15钛合金的热盐应力腐蚀机制。结果表明：在500℃/470 MPa下,TA15钛合金对热盐应力腐蚀非常敏感,导致持久寿命显著降低;在腐蚀过程中,沿着α相界(β基体)发生复杂的化学反应,形成腐蚀氧化物并向内扩散;应力作用加速了腐蚀裂纹扩展,形成沿晶断裂特征,降低了试样的持久寿命。     

TC4合金双辉等离子渗Cr高温氧化行为

研究了双层辉光等离子渗Cr对TC4合金650、750、850℃恒温氧化性能的影响。结果表明：渗Cr后,表面梯度合金层显著提高了TC4合金的高温氧化性能,Ti-Cr互扩散层可有效阻止氧向基体扩散。氧化过程中,Ti、Cr向外扩散形成TiO2/Cr2O3氧化膜,其形态与氧化温度有关。850℃氧化100 h后,渗Cr试样表面形成致密Cr2O3膜,恒温氧化性能优于NiCrAlY热障涂层。     

K444合金铝硅渗层的高温氧化行为分析

采用料浆法在K444镍基高温合金表面制备Al-Si涂层。依据HB5258-2000《钢及高温合金抗氧化性测定试验方法》标准,采用静态增重法对有涂层试样和无涂层试样进行了1000℃×200 h抗高温氧化性能试验,并绘制了氧化动力学曲线。用能谱扫描电镜对渗层原始组织和氧化膜的截面形貌进行分析,研究有无涂层试样在高温氧化过程中的元素扩散。结果表明带有Al-Si涂层的K444合金具有良好的抗高温氧化能力。     

铸钢表面镍基渗层高温摩擦性能的研究

通过负压铸渗工艺在ZG45表面获得与其结合良好的厚5mm的耐磨镍基渗层,对渗层的相进行了分析.用THT-2000型摩擦试验机,对比考察了镍基合金渗层与铸钢基体在不同温度下的摩擦磨损性.结果表明,铸钢基体和渗层的摩擦系数都随温度的升高而降低,同一温度下渗层的摩擦系数小于铸钢基体,这主要是由于温度升高改变了材料表面的属性,以及氧参与摩擦改变了摩擦系统的摩擦性质.在不同温度下镍基渗层的耐磨性要优于ZG45基体的,室温时最为显著,其磨损量是基体磨损量的1/3.渗层的存在提高了材料的耐磨性,起到了保护基体的作用.镍基渗层的磨损机制主要受氧化和粘着磨损控制.     

纳米晶块体Fe-60Ni-15Cr合金的高温氧化行为

通过热压采用机械合金化(MA)法合成的合金粉末制备纳米晶块体Fe-60Ni-15Cr(MA)合金,并与粉末冶金(PM)法制备的常规尺寸Fe-60Ni-15Cr(PM)合金对比,研究两种合金在700~900℃、0.1 MPa纯氧中的氧化行为以及晶粒细化对其氧化行为的影响。结果表明:Fe-60Ni-15Cr(PM)和Fe-60Ni-15Cr(MA)合金的氧化动力学曲线均偏离抛物线规律。在相同温度下,纳米尺寸Fe-60Ni-15Cr(MA)合金的氧化速率明显低于常规尺寸Fe-60Ni-15Cr(PM)合金的。Fe-60Ni-15Cr(PM)合金表面没有形成保护性的Cr2O3膜,而是形成了由Fe的氧化物组成的外氧化膜和由Fe、Ni和Cr氧化物组成的内层,并有合金和氧化物相组成的混合内氧化形成。相反Fe-60Ni-15Cr(MA)合金表面则只形成了保护性的Cr2O3外氧化物膜。因此,晶粒细化有利于降低合金表面形成连续Cr2O3外氧化膜所需Cr的临界含量,促使合金能在较低的Cr含量下形成连续有保护性的Cr2O3外氧化膜。     

片层厚度对TA15合金β相区变形行为的影响

将具有不同α片层厚度的两种转变组织的TA15合金分别在Ther mecmaster-Z型热模拟试验机上进行等温恒应变速率压缩试验,研究了温度为1000～1100℃、应变速率为0.001～10s-1时合金的热变形行为。结果表明,两种不同组织的TA15合金在β相区相同热力参数变形时,真应力-真应变曲线的形貌和真应力值基本相同,变形激活能为(170±2)kJ/mol,且微观组织特征基本相似,以β相的动态再结晶为主。但在1050℃、0.01～1s-1变形时,细片层组织的合金发生β相动态再结晶的体积分数总是略高于粗片层组织的合金,这可能与细片层组织的合金较早发生α→β相转变、且β相也较早开始再结晶有关。     

α片层厚度对TA15合金动态球化行为的影响

分别以1020℃保温30min后空冷和炉冷得到的TA15合金为原材料,对其进行等温恒应变速率压缩试验,研究了温度800～950℃、应变速率0.001～1s-1、真应变0.51～1.20时,不同原始α片层厚度对TA15合金动态球化行为的影响。结果表明:真应力-真应变曲线均呈现出明显的流动软化,峰值应力和流动软化率对α片层厚度的依赖程度较小。当热变形参数相同时,细片状比粗片状组织更容易发生动态球化,这与其在试验范围内测得的变形激活能分别为597kJ/mol和650kJ/mol是一致的。TA15合金中片状α除了形成低和高角度界面及强烈的局部剪切带导致动态球化外,还有动态再结晶等其它方式。     

离子注入钇对Ni－15Cr－6Al合金渗铝层高温氧化行为的影响

用热重分析及ＳＥＭ和ＸＲＤ等技术研究了离子注入１×１０（１５）、１×１０（１６）、１×１０（１７）Ｙ＋／ｃｍ２对Ｎｉ－１５Ｃｒ－６Ｃｌ合金渗铝层高温氧化行为、氧化膜形貌、相结构等的影响。注入这三种剂量的Ｙ＋对渗铝层的氧化动力学没有显著影响。离子注入１×１０（１７）Ｙ＋／ｃｍ２改变了渗铝层的氧化膜形貌，促进了氧化膜的塑性变形，从而使得氧化膜内应力释放更多，增强了氧化膜的粘附性。氧化股形貌的改变与氧化膜生长机制的改变有关。离子注入１×１０（１５）、１×１０（１６）Ｙ＋／ｃｍ２对渗铝层的氧化行为影响不大。     

表面高Cr高C合金层摩擦性能的研究

介绍一种Q235钢表面进行双层辉光离子渗Cr方法,表面Cr含量达到40%左右.然后进行超饱和渗C,形成高Cr高C表面合金化层.表面含碳量达到2.7%左右,超过平衡碳计算值.随后进行淬火 低温回火热处理,使表面合金层获得马氏体基体上均匀分布的细小弥散碳化物组织,没有共晶莱氏体.经X射线衍射分析,合金化层碳化物类型为M23C6、M7C3,尺寸1～2 μm,表面硬度达到1200HV左右.将双层辉光离子渗Cr 渗C淬火试样,进行摩擦因数和耐磨性能试验,结果表明,高Cr高C合金化层的平均摩擦因数为0.11,相对耐磨性是Q235钢渗C淬火试样的1.83倍.     

等离子表面复合渗合金层碳化物相的研究

利用等离子表面合金化技术,在碳钢表面进行W、Mo、C共渗,共渗合金层中W当量质量分数超过10％,含碳量超过平衡碳计算值,碳饱和度达1．6以上,约是一般冶金高速钢碳饱和度的两倍。用X射线衍射分析了共渗合金层中碳化物的结构类型;用电子探针进行微区成分分析,测定碳化物的成分,并计算了碳化物中碳原子与合金元素之间的原子比。结果表明,共渗合金层中的碳化物主要是由合金元素W、Mo和C形成的M6C型碳化物及少量的M2C型碳化物。M6C型碳化物中碳原子与合金元素之间的原子比为1．6～3．2：1平均为2．4。与一般冶金低合金高速钢中的合金元素与碳原子比相比较,范围窄,且偏低。     

粗片层状组织TA15合金高温本构关系研究

利用THERMECMASTOR-Z型热模拟试验机对粗片层状组织TA15合金进行了变形温度为750～1100℃、应变速率为0．001～10S。的热压缩试验。研究了变形温度、应变速率、应变对流动应力的影响,并采用逐步回归法合理地选取了影响流动应力的“最优”自变量子集,建立了合金的本构关系模型。结果表明,所建立的本构关系模型能够用来表征该合金热变形过程的力学行为;误差分析表明,该逐步回归法本构关系模型具有较高的精度,可用于指导粗片层状组织TA15合金热加工工艺制定,并可用于粗片层状组织TA15合金热变形过程的有限元模拟。     

TA15合金的热变形行为及加工图

研究了TA15合金的热模拟压缩实验。结果表明：变形温度的升高和应变速率的减小使峰值应力和稳态应力显著降低，变形温度会影响进入稳态流动所需变形量。以热模拟压缩实验为基础，建立的加工图表明：TA15合金高温变形时存在2个非稳定区域，一个是变形温度1300K以上和应变速率10．0s^-1以上的区域，另一个是变形温度1200K以下和应变速率0．006s^-1～1．995s^-1之间的区域。同时，建立的TA15合金高温变形时的流动应力模型表征了变形温度、应变速率和变形程度对流动应力的影响，模型的计算精度较高。     

TA2表面等离子渗铌合金层在700~900 ℃的氧化行为

采用双辉技术在TA2基体表面渗入铌形成结构致密、与基体形成冶金结合的钛铌合金层。结合XRD、SEM及EDS等手段分析渗铌和未渗铌TA2试样分别在700、800、900℃的高温氧化行为。实验结果表明:随着氧化温度的提高,氧化增重增加,渗铌比未渗铌的氧化增重降低,抗高温氧化性能改善,特别在900℃铌的作用明显;对渗铌和未渗铌TA2在900℃分别氧化20、40、100 h后氧化层的表面及截面进行分析,获得对合金层成分、结构、氧化性能之间关系的认识。钛铌合金层高温氧化后的氧化层是由三部分组成:外层是由高浓度合金层氧化而形成,其氧化产物主要是Nb2O5/TiO2,中间层主要由TiO2/TiO和Nb2O5组成,内层是分布着条状的富铌相。