不同压力对 TC4 钛合金真空脉冲渗氮的影响

目的采用不同压力对TC4钛合金进行真空脉冲渗氮处理,提高其表面硬度及耐磨性。方法通过金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计及耐磨试验机分析渗氮硬化层的组织与性能。结果 TC4钛合金经过真空气体渗氮处理后,形成了由Ti N,Ti2Al N和钛铝金属间化合物Ti3Al组成的复合改性层。渗氮压力太低,表面氮化物数量较少,氮化物层较薄;随渗氮压力的增大,表面氮化物数量增多,表面硬度及耐磨性增加。压力为0.015 MPa时,氮化物层表面硬度最大,表面硬度为1100~1200HV,有效硬化层深度为50~60μm。渗氮压力继续增加,表层组织变得疏松,表面硬度及耐磨性开始降低。结论选择合适的渗氮压力和表面氮浓度进行真空脉冲渗氮,可以提高钛合金表面硬度,改善耐磨性。     

TC4钛合金表面B-Al复合渗层的组织和性能

采用固体粉末包埋渗两步法,在TC4钛合金表面先1050 ℃渗硼 4~6 h再950~1050 ℃渗铝 4 h制备出B-Al复合耐磨渗层。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、波谱仪(WDS)和能谱仪(EDS)、显微硬度仪和摩擦磨损试验机对复合渗层的物相组成、显微组织、微区成分、表面硬度和摩擦因数进行测试和分析。结果表明:B-Al复合渗层厚为37~115 μm,主要由TiB₂相和TiAl₃相组成,外层是弥散分布TiB₂的TiAl₃层,向内依次形成厚度较小的TiAl₂、TiAl及Ti₃Al等Ti-Al金属间化合物层。B-Al复合渗层表面硬度为1041.7~1429.4 HV0.1,约为TC4钛合金硬度的3.03~4.16倍;经1050 ℃×6 h渗B后1050 ℃×4 h渗Al,其摩擦因数约为0.3,较TC4钛合金基体下降约25%。     

Ti6Al4V钛合金表面真空渗氧处理

目的在Ti6Al4V钛合金表层制备硬度高、耐磨性好的硬化层。方法结合真空技术,以高纯的O2为介质,在Ti6Al4V钛合金表面制备致密的渗氧硬化层,采用X衍射仪分析渗氧层的相组成,用金相显微镜观察渗氧层和磨痕组织,用显微硬度计测试渗氧层的显微硬度,用MM-U10A端面磨损试验机研究渗氧层的耐磨性。结果渗氧层物相主要由TiO_2、TiO、Ti_3Al及Al_2O_3组成,温度较低时,形成的渗氧层较薄,温度增加,渗氧层厚度迅速增加,硬度及耐磨性也随之增加。温度为760℃时,表面硬度为基体硬度的2.5倍以上,大于750HV,有效硬化层厚度达60μm以上,其磨损失重仅为未渗氧原样的1/4,表面磨痕细密,没有撕裂情况发生,渗氧层保持完整。温度继续增加,氧化物开始聚集长大,渗氧层组织开始变得疏松,硬度及耐磨性开始下降。结论 Ti6Al4V钛合金表面真空渗氧处理可显著提高其表面硬度,耐磨性改善明显。     

TC4钛合金激光焊接接头组织与性能

分析不同激光焊接工艺参数下焊缝的微观组织特征,并测试焊缝的力学性能.结果表明:TC4钛合金激光焊接焊缝为针状马氏体α'组成的网篮组织和少量α'相;随着焊接热输入量的增加,由于熔池搅拌、焊接应力、合金元素烧损等原因,马氏体的分布更加散乱和密集;焊接工艺参数对焊缝相组成和各相相对含量的影响均不显著.合理的焊接工艺参数下,接头的强度高于母材.     

TC4钛合金电子束连接组织与性能演变

对厚20 mm的TC4钛合金板真空电子束连接过程温度场进行数值模拟,并对其进行了退火处理。采用光学显微镜、显微硬度仪、拉伸试验机、冲击试验机等分析了退火前后电子束接头的显微组织和力学性能。结果表明,TC4钛合金真空电子束连接过程中连接区及其附近热影响区存在较大的温度梯度,可高达1 000℃;退火处理后接头组织为针状马氏体α′相,热影响区组织为针状马氏体α′相和原始的α相与β相,电子束接头显微组织组成相未发生变化,但其晶粒尺寸细化;退火处理消除了电子束接头热影响区到母材区的硬度突变现象,接头抗拉强度达到母材的98%,冲击韧度较退火前提高了6.0%以上。     

TC4钛合金焊接接头组织与性能的试验研究

介绍了TC4钛合金中厚板TIC焊工艺,分析了其焊接接头的显徽组织结构、显微硬度分布及拉伸、冲击试验结果.研究结果表明:焊缝区获得α β相的魏氏组织,热影响区获得以针状α'相为主的组织;焊接接头的硬度比母材的高,抗拉强度与母材的接近,塑性略低于母材.     

氧化镧添加剂和盐浴共渗温度对TC4钛合金硼氧共渗组织与性能的影响

采用OM、SEM、XRD、EDS、维氏硬度计以及摩擦试验机等分析手段研究了氧化镧添加剂和共渗温度对盐浴硼氧共渗试样组织与性能的影响。结果表明,共渗层厚度随着La₂O₃添加量的增加先增大后减小,当La₂O₃添加量为3%时,共渗层厚度达最大值(32.74 μm);与低温(950 ℃)相比,高温(1000 ℃)时盐浴共渗层具有较好的表面,较高的共渗层厚度(34.19 μm),较高表面硬度(1211 HV0.2),较大界面结合力(87.36 N)和更低的摩擦因数(0.28)。通过将温度对共渗过程的影响和试验结果分析得出:高温1000 ℃盐浴硼氧共渗试验更有研究价值。     

TC4钛合金电子束焊接头性能研究

采用真空电子束焊方法进行TCA钛合金的焊接，借助OM、SEM设备观察焊缝金属显微组织和断口形貌，测试了焊接接头硬度并进行了冲击试验，分析了焊接接头性能、显微组织及焊缝中气孔的形成。结果表明，采用真空电子束焊焊接TCA钛合金时，焊缝和热影响区金属中较粗大的原始β相一部分转变为过饱和的针状马氏体；焊缝中心有少量的针状α’相，并形成了编织状α组织；焊缝金属的硬度值比母材金属的高，但冲击韧度比母材金属的低。     

热轧TC4钛合金板富氧层中氧原子的固溶硬化行为

通过波谱分析距表面不同深度的氧含量,研究了热轧TC4钛合金板富氧层氧元素浓度分布规律;同时研究了富氧层氧元素浓度对硬度的影响规律。结果表明: 热轧TC4钛合金板富氧层厚度约为60 μm,随着距离表面深度增大,富氧层中氧元素浓度逐渐减少;硬化层厚度与富氧层厚度一致,随着距离表面深度增大,硬度逐渐减小;富氧层中O原子的间隙固溶硬化效应导致钛合金形成硬化层;建立了氧浓度、距表面深度和显微硬度两两间的关系式。     

TC4钛合金低温固体稀土-硼共渗

研究了TC4钛合金在950℃低温(β转变温度以下)下进行固体稀土-硼共渗的渗层形貌、物相组成、组织性能及基体相变。结果表明,低温稀土-硼共渗,可使TC4钛合金表面获得实用的渗硼硬化层,由TiB2和TiB双相化合物组成。同1050℃高温稀土-硼共渗相比,低温渗硼层致密均匀无孔洞,而且硬度梯度和脆性得到进一步改善。低温渗硼后TC4基体为等轴组织,性能良好,能有效地防止高温(β转变温度以上)时β相形成粗晶。低温渗硼有效地改善渗层的性能,减小工件畸变。     

微弧氧化对TC4钛合金高温抗氧化性能的影响

采用直流稳压电源,在Na2SiO3、Na3PO4电解液中对TC4钛合金表面进行微弧氧化处理,研究了微弧氧化对TC4钛合金高温抗氧化性能的影响.结果表明,经微弧氧化的TC4合金高温抗氧化性能明显优于TC4钛合金;在750℃循环氧化100h后,经300V电压微弧氧化60 min的TC4钛合金的氧化增重为7.8 mg/cm2,而未经微弧氧化处理的TC4钛合金氧化增重为30.51 mg/cm2;随着微弧氧化时间增长和电压的增大,微弧氧化TC4钛合金的高温抗氧化性能也增强.     

脉冲电流频率对预制缺陷TC4钛合金性能的影响

为了研究脉冲电流频率对预制缺陷TC4钛合金组织性能的影响规律,首先采用室温预拉伸制备含孔洞缺陷的TC4试样,然后选取不同频率的脉冲电流对预制缺陷的TC4试样进行通电处理,对比通电前后板材内部的显微孔洞和基体组织的变化情况,并对处理后的试样进行二次室温拉伸获得力学性能参数。结果表明：当脉冲电流频率从0升至140Hz时,TC4内部孔洞体积分数由2.21%下降至0.86%,屈服强度由916.7MPa提高到990.9MPa,抗拉强度由951.2MPa增加至997.5MPa,延伸率提高64.86%;当脉冲电流频率从140Hz提高到160Hz时,内部孔洞体积分数反而增至1.99%,屈服强度和抗拉强度则分别下降到975.1MPa和988.5MPa,延伸率降低了37.70%。显微孔洞体积分数几乎决定了预制缺陷TC4钛合金的力学性能。     

TC4钛合金微弧氧化Cr2O3复合膜的结构及摩擦磨损性能

在硅酸钠-六偏磷酸钠体系中添加1.5g/LCr2O3微粒,采用直流脉冲模式在TC4钛合金表面制备了微弧氧化Cr2O3复合膜;利用SEM、EDS、XRD对复合膜的微观形貌和结构进行观察分析,并研究了其在室温干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果表明:复合膜的表层孔隙中填满了微小的Cr2O3颗粒,表面只能看到少量微孔;膜层中除了金红石及锐钛矿TiO2相、Al2TiO5相外,还出现了大量的Cr2O3相,且包含了一些非晶态的P、Si化合物。在相同的摩擦磨损条件下,微弧氧化Cr2O3复合膜的摩擦系数更小、磨损量更低、耐磨性也更好。在10N载荷下,复合膜只发生轻微的粘着磨损,几乎未发生磨粒磨损;在50N载荷下,复合膜的磨粒磨损有所加剧,且出现了第二相粒子流失。Cr2O3颗粒主要通过对微弧氧化膜孔隙的填充作用、载荷转移作用及弥散强化作用,来降低复合膜的摩擦系数和表面磨损量,提高其耐磨性。     

TC4钛合金微弧氧化膜层高温氧化性能研究

利用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,并通过硅酸钠水溶液对膜层进行了封孔处理。采用X射线衍射仪(XRD)分析了膜层相组成,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了膜层表面形貌。通过粘结拉伸测试,比较了膜层在封孔前后与基体的结合强度。利用高温氧化实验,考察了TC4基体及膜层试样封孔前后的抗高温氧化性能。结果表明:微弧氧化膜层与基体间的结合强度较高,经封孔处理及高温氧化100 h后,膜基结合强度降低至4.29 MPa。与TC4基体相比,微弧氧化膜层的高温氧化增重量小,抗高温氧化性能得到了显著的提高。封孔处理提高了微弧氧化膜层的致密性,使其能更好地阻止氧透过膜层向基体内侵入,进一步提高了膜层的抗高温氧化性能。     

TC18钛合金氧化色与力学性能关系研究

通过对TC18钛合金在100~1000 ℃温度范围内的氧化试验以及力学性能测试试验,研究了其氧化色变化规律,并探讨了氧化色与力学性能的关系。结果表明：经氧化处理后,TC18钛合金表面形成多种不同氧化色,且随氧化温度升高,合金表面颜色逐渐加深,合金力学性能均明显下降。合金表面氧化色与其力学性能存在一定的对应关系：当氧化色为浅绿色即加热温度为650 ℃时,材料力学性能已不满足TC18钛合金标准力学性能。     

喷丸强化对TC4钛合金组织结构的影响

对TC4钛合金试样进行喷丸强化,采用OM、SEM、TEM等技术对喷丸强化试样的组织结构进行观察分析。结合显微硬度沿表层的分布,分析喷丸强化变形层的组织结构特征和加工硬化机制。结果表明,喷丸强化后位错的运动和组态的变化使TC4钛合金表层的组织和亚结构细化,而且可以在表层强变形区形成孪晶,从而产生强烈的加工硬化效应。     

TC4钛合金微弧氧化-溶胶凝胶复合涂层的制备及其抗高温氧化性能

为了提高钛合金的使用温度,设计并制备了一种微弧氧化(MAO)-氧化钇稳定氧化锆(YSZ)的陶瓷复合涂层。采用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金基体表面原位生长出一层氧化铝陶瓷层(TM涂层),然后采用溶胶-凝胶法(Sol-gel)在MAO层的基础上制备低导热系数的钇稳定氧化锆(YSZ)涂层,最终制备出MAO-YSZ复合涂层(TMY复合涂层)。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析涂层的相结构、组织形貌和成分,并测定了TC4、TM涂层以及TMY复合涂层在700℃下的氧化动力学曲线。结果表明:TMY复合涂层外层以ZrO2为主,内层主要为Al2O3。具有TMY复合涂层的钛合金在700℃下氧化100h后其氧化增重仅为无涂层钛合金的14%,说明TMY复合涂层可以显著提高钛合金的抗高温氧化性能与使用温度。     

氧化处理对TC21钛合金氧化色及力学性能的影响

研究不同温度氧化处理对TC21钛合金氧化色的影响,并对氧化处理后试样的力学性能及微观组织进行分析和讨论。结果表明:经氧化处理后,TC21钛合金表面呈现出明显的颜色变化,且随氧化温度的升高,合金表面颜色逐渐加深,同时合金力学性能均呈下降趋势。合金表面氧化色与其力学性能有一定的对应关系:经600℃氧化处理后,合金表面呈现出宝蓝色,力学性能满足使用要求;超过600℃后,合金表面颜色逐渐加深,力学性能均不能满足使用要求。     

热处理温度对等轴初晶TC4钛合金组织及性能的影响

研究了热处理温度对初始等轴组织TC4钛合金显微组织及力学性能的影响。随热处理温度的升高,合金的组织逐渐由等轴态转变为双态和β转变组织,同时其力学性能也随之发生变化。其中热处理温度在950~970℃之间时可获得综合力学性能较好的双态组织。研究结果表明,可通过调节热处理条件实现TC4合金的组织性能调控。