不同氢含量Ti6Al4V合金的磨损性能研究

利用M-200型摩擦磨损试验机对不同氢含量的Ti6Al4V合金板材进行了摩擦磨损试验,研究氢含量对Ti6Al4V合金摩擦系数和磨损率的影响,并利用材料分析测试技术研究了合金磨损表面的形貌及成分变化,分析了合金的磨损机制。结果表明,氢使钛合金的摩擦系数降低,但是氢含量对Ti6Al4V合金摩擦系数的影响不明显。随氢含量的增加,钛合金的耐磨性能逐渐变差。随着氢含量的增加,钛合金的氧化磨损特征逐渐变弱,磨粒磨损所起的作用逐渐增强。     

Ti6Al4V合金干滑动磨损过程中摩擦层及摩擦氧化物的作用

目的分析Ti6Al4V合金在不同滑动速度下的干滑动磨损行为及磨损特征,研究钛合金的磨损机理,并探讨干滑动磨损过程中摩擦层及摩擦氧化物的作用。方法采用销盘式摩擦磨损试验机,对Ti6Al4V合金在不同滑动速度下进行干滑动磨损实验。采用磨损率和摩擦系数表征钛合金的磨损行为,采用SEM、EDS及XRD分析磨损表面及摩擦层的形貌及成分,采用数字显微硬度仪表征摩擦层的力学性能。结果滑动速度在0.5～4 m/s范围内变化,Ti6Al4V合金的磨损率发生显著变化,尤其是在高载条件下。0.5～1.5 m/s速度范围内,磨损率较低,2.68m/s速度下,磨损率达到最高值,4m/s速度下,磨损率达到最低值。0.75m/s速度下,粘着磨损和磨粒磨损为主要磨损机理,氧化磨损为次要磨损机理;2.68 m/s和4 m/s速度下的磨损机理分别为剥层磨损和氧化轻微磨损。2.68m/s速度下的高磨损率与硬度较低的无氧化物摩擦层对应,而4 m/s速度下的低磨损率与高硬度的多氧化物摩擦层对应。结论试验条件改变,Ti6Al4V合金的磨损行为及磨损机理发生变化。不同试验条件下的磨损行为与不同的摩擦层特征相对应,当摩擦层中包含一定量的摩擦氧化物时,这种陶瓷性的摩擦层具有比基体更高的硬度,能有效保护基体,降低磨损率。     

Dehydrogenation of Hydrogenated Ti-6Al-4V Alloy

对未置氢及置氢Ti-6Al-4V合金进行了TG/DSC试验,研究了置氢钛合金的除氢行为。结果表明,当温度超过600℃时,置氢钛合金的失重规律与未置氢钛合金具有较大的差别。当加热温度在600~900℃之间时,置氢钛合金的失重随着氢含量的增加而增加。这是由于置氢合金中的亚稳相发生了分解。不考虑合金氧化的影响,置氢钛合金的最大失重与合金中的氢含量一致。置氢钛合金的最佳除氢温度为750℃。对于不同氢含量的置氢钛合金,其除氢工艺是相同的。     

氢对Ti-6Al-4V合金微观组织的影响

采用累计流量法对供应态Ti-6Al-4V合金进行了固态置氢,运用OM、XRD、TEM分析等方法研究了Ti-6Al-4V合金固态置氢后的微观组织状态及演变过程。结果表明:供应态Ti-6Al-4V合金的置氢量低于0.30%(质量分数,下同)时,置氢使得Ti-6Al-4V合金中的α相减少、β相增加;置氢量达到0.30%时,置氢Ti-6Al-4V合金中有δ氢化物(TiH2相)形成;β-Ti(H)共析转变生成α-Ti和δ氢化物时主要以切变方式进行;置氢Ti-6Al-4V合金的相变温度最多下降了180°C,与Ti-6Al-4V合金在置氢过程中的相体积比变化和共析转变有密切关系。     

Abrasive wear property of laser melting/deposited Ti2Ni/TiNi intermetallic alloy

A wear resistant intermetallic alloy consisting of TiNi primary dendrites and Ti2Ni matrix was fabricated by the laser melting deposition manufacturing process. Wear resistance of Ti2Ni/TiNi alloy was evaluated on an abrasive wear tester at room temperature under the different loads. The results show that the intermetallic alloy suffers more abrasive wear attack under low wear test load of 7, 13 and 25 N than high-chromium cast-iron. However, the intermetallic alloy exhibits better wear resistance under wear test load of 49 N. Abrasive wear of the laser melting deposition TiENi/TiNi alloy is governed by micro-cutting and plowing. Pseudoelasticity of TiNi plays an active role in contributing to abrasive wear resistance.     

以稻壳为强化原料制备低成本钛合金的摩擦学性能

以稻壳热解产物为SiO₂源,通过粉末冶金法制备了Si和O固溶强化的低成本钛合金,并从磨损率、磨损表面形貌和磨屑成分等角度系统研究了其摩擦学性能和磨损机理。结果表明,随着SiO₂加入量的增加,Ti合金的体积磨损率显著降低,与硬度的变化规律吻合良好,同时磨损表面有三处变化,即犁沟的深度变浅、塑性变形程度降低和磨屑的尺寸变小和数量减少。SiO₂的加入使磨损机制从纯Ti的粘着和磨料磨损转变为磨料和氧化磨损,而磨屑尺寸的减小可归因于GCr15球和钛基体反复摩擦,导致磨屑的脆化。本文提供了一种使用农业废稻壳生产具有优良综合性能的钛合金方法,在降低钛合金成本的同时也有益于生态环境的保护。     

类金刚石薄膜改性钛合金的扭动摩擦磨损特性

以Ti6Al4V合金、类金刚石薄膜(DLC膜)改性Ti6Al4V合金分别与超高分子量聚乙烯(UHMWPE)配副,模拟颈椎间盘的轴向旋转运动,并在改装后的多自由度磨损试验机上进行扭动摩擦试验。结果表明:随着循环周次的增加,两对摩擦副均呈现出摩擦扭转力矩、摩擦耗散能、磨损量相应增大的趋势。与Ti6Al4V合金相比,DLC薄膜改性后的Ti6Al4V合金摩擦副接触界面间摩擦扭转力矩降低了51.6%、摩擦耗散能降低了48%,进入完全滑移状态的时间缩短,具有更好的耐磨性。Ti6Al4V合金的磨损机制表现为严重的磨粒磨损,经DLC薄膜改性后的钛合金的磨损形式以应力集中产生的脆性剥落为主。DLC薄膜增大了对磨副UHMWPE的磨损,UHMWPE的磨损机制是粘着磨损和磨粒磨损综合作用的结果。     

AISI 316不锈钢和Ti6Al4V合金在海水环境中的腐蚀与腐蚀磨损行为(英文)

采用立式万能销盘腐蚀磨损试验机研究AISI 316不锈钢和Ti6Al4V合金在海水中与Al2O3陶瓷对磨时的腐蚀与腐蚀磨损行为,重点讨论腐蚀磨损之间的交互作用。结果表明,摩擦作用使得Ti6Al4V合金和316不锈钢的开路电位大幅下降,腐蚀磨损过程中的电流密度远高于静态腐蚀时的电流密度,摩擦明显促进了合金的腐蚀。两种合金在海水中的磨损量远大于在纯水中的磨损量,腐蚀促进了磨损,并且Ti6Al4V合金的耐磨性优于316不锈钢的耐磨性,腐蚀磨损之间的交互作用是材料损失的一个重要因素。本实验所用的摩擦装置为单向滑动的面面接触方式,这使得摩擦对腐蚀的促进作用在总磨损量中所占的比例很小。     

Study On the Tribological Behavior of the Arc-added Glow Discharge Plasma Non-hydrogen Carburization On Titanium Alloy Surfaces

This paper introduces a new titanium alloys surface strengthening treatment by using the arc-added glow discharge plasmas non-hydrogen carburization technique. High purity and high strength graphite is selected as cooling cathode arc source for supplying carbon atoms and particle, which migrate to the titanium alloy(Ti6Al4V) surface and form modified layer. Thus, the hydrogen embrittlement is avoided while the tfibological behavior of the titanium alloy surface is improved in the respects of anti-friction and anti-wear ability.The tribological behavior of the modified layer under dry sliding against SAE52100 steel was evaluated on a ball-on-disc test rig. The results showed that the modified layer obtained a thickness of 30μm at 980℃, 30minutes. The microhardness of the Ti6Al4V alloy surface attained 936 HV, which was much larger than that of the Ti6AI4V alloy. The Ti6AI4V alloy was characterized by adhesion wear and scuffing under dry sliding against the steel, while the surface modified layer experienced much abated adhesion wear and scuffing under the same testing condition. This could be attributed to the carbon dement with different modalities exists in the modified layer.The modified layer showed good friction-reducing and fair anti-wear ability in dry sliding against the steel. Using the SEM,XRD and XPS, the phase structure and morphology of the carburization modified layer was analyzed.     

550 ℃表面渗氧对Ti-6Al-4V合金耐磨性能的影响

对Ti-6Al-4V合金550 ℃的空气中渗氧60 h后的表面形貌、显微组织、成分、硬度、划刻性能和耐磨性进行研究,并与未处理的钛合金进行了比较。结果表明,渗氧后的钛合金表面粗糙度有所增加,表层形成约3.5 μm厚的渗氧层,X射线衍射(XRD)检测到了锐钛矿相、金红石相、板钛矿相TiO₂和Al₂O₃相。渗氧层的显微硬度和纳米硬度分别为804.6 HV0.025和14.5 GPa,比未处理的基体提高了143.7%,且压痕周围未见裂纹;渗氧后钛合金表面最大划痕深度由12 μm降至4 μm,磨损率由354.33×10^-6mm³/Nm降至1.44×10^-6mm³/Nm,渗氧层的主要磨损机制为轻微的磨粒磨损。表面渗氧显著提高了Ti-6Al-4V钛合金表面硬度和耐磨性,同时其内部组织粗化和软化不明显,可作为提高钛合金表面耐磨性能的潜在方法。     

氢对多孔Ti6Al4V合金扩散连接质量的影响

文章通过采用Gleeble1500热模拟机进行真空扩散连接试验,研究了氢对多孔Ti6Al4V合金扩散连接质量的影响,并应用光学显微镜、扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)及电子万能试验机对界面孔洞弥合率、界面组织形貌、抗弯强度和断口形貌进行分析。结果表明,真空扩散连接后的孔洞弥合率随着原始氢含量的增加而升高,但升高的趋势逐渐平缓;扩散连接后,原始氢含量较低的试样室温组织为α+片状(α+β),原始氢含量高的试样室温组织为条状α+等轴状(α+β);室温下,在一定的氢含量范围内,氢元素在多孔合金中以间隙固溶和氢化物状态存在,均起到了强化作用,使扩散连接后材料抗弯强度增加;随着剩余氢含量的增加,断口由韧性沿晶断裂逐渐转变为脆性沿晶断裂和解理型穿晶断裂两种断裂方式的混合,并且随着氢含量增加,穿晶解理断裂特征增多。     

V85Ti10Y5和V85Ti10Cu5氢分离合金组织与性能研究

利用高真空非自耗电弧熔炼炉制备了V85Ti10Y5和V85Ti10Cu5氢分离合金。通过SEM、TEM、XRD、氢渗透实验、PCT吸氢实验、恒压缓冷实验,研究了Y、Cu元素的加入对合金氢渗透性能、氢溶解性能及抗氢脆性能的影响。结果表明:铸态V85Ti10Y5和V85Ti10Cu5合金组织均由V-基体和第二相组成,但前者第二相是弥散分布的富Y颗粒,而后者为既在晶内析出又沿晶界连续分布的铜钛金属间化合物。V85Ti10Y5合金中Y2O3的生成及V85Ti10Cu5合金中部分固溶Cu的斥氢作用和Cu2Ti形成使V中Ti的固溶量减少,进而降低合金中的氢浓度,减小氢固溶产生的内应力,提高抗氢脆性能。V85Ti10Y5和V85Ti10Cu5合金在缓冷过程中均未发生氢脆现象,表现出优异的抗氢脆性能,而且在673 K时的氢渗透率分别为0.139×10-6 mol H2 m-1 s-1 Pa0.5和0.174×10-6 mol H2 m-1 s-1 Pa0.5,是Pd77Ag23氢渗透率的5.5和6.9倍,与商用钯合金相比均展现出较高的渗透率。     

Microstructure and properties of hydrogenated TB8 alloy

Thermohydrogen processing can enhance workability, decrease flow stress and deforming temperature of titanium alloys. In this study, thermohydrogen processing was carried out for metastable b-type TB8 alloy. The microstructures of hydrogenated TB8 alloy were investigated based on scanning electron microscopy(SEM), transmission electronic microscopy(TEM) as well as X-ray diffraction(XRD) analysis. The results reveal that d hydride phase forms in the hydrogenated TB8 alloy, but the amount of b phase increases with hydrogen content increasing. Single b phase appears when the hydrogen content reaches 0.7 wt%. The alloying elements redistribute in the hydrogenated TB8 alloy, and hydrogen leads to the reduction of the alloying elements in b phase. The room-temperature compression tests were performed on a MTS809 machine. It is found that the room-temperature yield strength of hydrogenated TB8 alloy decreases. And minimum yield strength is obtained at a hydrogen content of 0.5 wt%. The ductility does not decrease within 0.7 wt%hydrogen content. These results provide theoretical basis for improving the formability and promoting the applications of TB8 alloy.     

氢对Ti-6Al-4V合金组织及超塑变形行为的影响

应用光学显微镜研究氢对Ti-6Al-4V显微组织的影响,并在温度800℃～860℃和应变速率10-3s-1的变形条件下进行超塑拉伸实验。结果表明,随着氢含量的增加,β相的比例提高,且由等轴组织转变为双态组织,随着氢含量的进一步增加,在α相中形成了氢化物;同时,适量的氢可以显著降低Ti-6Al-4V合金峰值应力,置氢0.32wt%H,其峰值流动应力降低了约55%;此外,适量置氢可以显著降低Ti-6Al-4V合金的超塑性变形温度,较原始合金最佳超塑变形温度可降低60℃～100℃,置氢0.11wt%H,在840℃获得了1190%的延伸率,较相同条件下的原始合金延伸率提高75%。文章研究结果可为超塑成形、超塑成形/扩散连接工艺及生产提供优化参考。     

激光熔炼Ti5Si3／NiTi金属间化合物合金的组织及耐磨性

设计并利用激光熔炼技术制备出了以Ti5Si3为增强相、以NiTi为基体的金属间化合物新型耐磨合金，研究了增强相Ti5Si3的含量对合金显微组织、显微硬度及耐磨性能的影响。结果表明，随Ti5Si3含量的增加，合金显微组织由亚共晶向共晶、过共晶转化，增强相Ti5Si3由细层片状共晶相向块状初生相转变，合金显微硬度随之显著提高；在室温干滑动磨损条件下，Ti5Si3／NiTi金属间化合物合金具有优异的耐磨性，并随Ti5Si3增强相的增加而显著提高。Ti5Si3增强相的高硬度和NiTi基体的高韧性及伪弹性效应是该合金具有优异耐磨性能的主要原因。     

Effect of nitrogen ion implantation dose on torsional fretting wear behavior of titanium and its alloy

Various doses of nitrogen ions were implanted into the surface of pure titanium, Ti6Al7Nb and Ti6Al4V, by plasma immersion ion implantation. Torsional fretting wear tests involving flat specimens of no-treated and treated titanium, as well as its alloys, against a ZrO₂ ball contact were performed on a torsional fretting wear test rig using a simulated physiological medium of serum solution. The treated surfaces were characterized, and the effect of implantation dose on torsional fretting behavior was discussed in detail. The results showed that the torsional fretting running and damage behavior of titanium and its alloys were strongly dependent on the dose of the implanted nitrogen ions and the angular displacement amplitude. The torsional fretting running boundary moved to smaller angular displacement amplitude, and the central light damage zone decreased, as the ion dose increased. The wear mechanisms of titanium and its alloys were oxidative wear, abrasive wear and delamination, with abrasive wear as the most common mechanism of the ion implantation layers.     

V-Ti-Cr-Fe合金的储氢性能研究

研究了V（30％）-Ti（15％～55％）-Cr（7％～43％）-Fe（2％～18％）（原子分数，下同）四元合金的储氢性能。结果表明：V-Ti-Cr-Fe四元合金的吸氢量与有效吸氢量主要由Ti／（Cr＋Fe）比决定，当Ti／（Cr＋Fe）=1时，合金具有最好的吸放氢性能。随着Ti／（Cr＋Fe）比升高，合金的晶格常数增大，氢化物的生成焓增大，放氢平台压力降低。在298K时，V30Ti35Cr25Fe10合金的吸氢量达到3．6％（质量分数，下同），有效吸氢量达到2．0％。     

Influence of Oxygen Content on Microstructure and Electrochemical Properties of V2-xTi0.5Cr0.5NiOx (x=0~0.35) Hydrogen Storage Alloys

为了提高V基固溶体贮氢合金的充放电循环稳定性能,研究了O含量对V2-xTi0.5Cr0.5NiOx (x=0~0.35)合金的组织结构和电化学性能的影响。组织结构分析表明,当没有添加O时,合金主要由bcc结构的V基固溶体相和TiNi相组成,随着O含量的增加,合金中出现了Ti4Ni2O新相。电化学测试表明,随着O含量的增加合金电极的最大放电容量有所降低,从x=0时的366.8 mAh/g降低到 x=0.35时的225.3 mAh/g,而较少氧含量时,合金电极的循环稳定性能明显得到了改善,从x=0时的69.9%增大到 x=0.2时的83.7%,而后又降低到76.9%（x=0.35）。电化学动力学分析结果表明,合金的高倍率放电性能,交换电流密度和氢的扩散系数均随着O含量的增加先增加而后减小。     

强流脉冲离子束辐照AZ31镁合金的干滑动磨损行为

用脉冲宽度为70~80 ns,束流密度为200 A/cm2,辐照次数为1、5和10次的强流脉冲离子束(HIPIB)辐照AZ31镁合金,用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)以及干滑动磨损试验对辐照后试样进行表征和干滑动磨损行为研究。结果表明,HIPIB辐照试样获得了显著优于未辐照试样的耐磨性能,且随着辐照次数的增加改善作用增强。具有最高硬度的10次辐照试样的磨损率较未辐照试样减小约一个数量级,磨粒磨损倾向大大降低,HIPIB辐照使得镁合金的磨损机制从单一的磨粒磨损转变为磨粒磨损和氧化磨损的混合磨损,这主要归结于辐照表面改性层晶粒的细化而导致镁合金表面硬度的提高。     

冷却速率对多相透氢V-Ti-Ni合金的组织与性能的影响

本文研究了冷却速率对多相V55Ti30Ni15合金的显微组织、硬度和氢渗透性能的影响。V55Ti30Ni15合金显微组织由V(Ti, Ni)固溶体、NiTi和NiTi2化合物组成。凝固时冷却速率对合金的组织和性能有很大的影响。合金铸锭凝固过程中V(Ti,Ni)固溶体的体积分数随冷却速率的增大而减小,二次枝晶臂间距和宽度也呈现出同样的变化趋势。合金硬度随着冷却速率的升高不断增大,氢渗透率却随之降低。V-Ti-Ni多相合金400℃的氢渗透率与V(Ti, Ni)固溶体体积分数成线性关系。合金铸锭氢渗透率不仅与V(Ti, Ni)固溶体的相对含量有关,而且与固溶体中Ti、Ni合金元素含量和相界的体积有关。