新型损伤容限型钛合金TC21稀土催化固体渗硼

采用固体粉末渗硼法对新型损伤容限型钛合金TC21表面进行稀土催化化学热处理,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)与金相显微镜(OM)研究了渗层组织形貌和物相组成。结果表明:钛基表面渗硼层包括以整体薄壁状在基体外层分布的TiB2和以须状晶形式在次表层分布的TiB双强化渗层,渗层与基体结合紧密;渗剂中稀土含量对渗层性能的影响存在有最佳值;且发现此方法实现了钛合金TC21表面B、C共渗。     

Ti-6Al-4V钛合金固体渗硼法表面改性

对TC4钛合金(Ti-6Al-4V)进行表面渗硼使其表面硬度显著提高.渗硼温度为1000℃到1050℃,渗硼时间为5 h到20h.文内测量和比较了渗硼后钛合金表面的微结构、形貌、相组成等性质,研究了渗硼过程中Ti,Al,V,B等元素的扩散行为.在低温短时间渗硼时,渗硼层厚度仅0.8μm,而在高温长时间渗硼时,渗硼层厚度可达15 μm.实验证明,渗硼层由TiB和TiB2两相组成,并且它们的含量随渗硼温度提高而增加.渗硼层表面主要含TiB2,其显微硬度可达2200 HV0.01,渗硼层内表层主要含TiB,其显微硬度为1100 HV0.01.渗硼层的硬度远高于TC4钛合金的硬度.     

TC4钛合金的固体渗硼

采用固体粉末渗硼法对TC4钛合金基体表面进行渗硼试验。通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)与X射线衍射 (XRD)研究TC4钛合金渗硼后的物相组成和组织形貌,讨论渗硼过程中元素的扩散行为。结果表明：在1000,1050和1100 ℃分别保温5,20 h后,渗层由外表层的TiB2和内表层的TiB晶须组成,渗层厚度范围为0.8~15 μm。XRD分析表明：TC4钛合金渗硼后形成TiB2与TiB双相硼钛化合物层,随着温度的升高,TiB2与TiB的峰位增多;EDS分析得出表层B原子被TC4钛合金吸附后与基体的Ti化合导致过渡区域内的Ti含量减少,同时Al和V元素开始向基体扩散并在近界面处富集。渗层的显微硬度呈梯度分布,TiB2到TiB晶须维氏硬度值的变化范围为22 000~11 000 MPa,过渡区的硬度值要高于基体的硬度值。     

TC4钛合金硼碳共渗层的组织和性能研究

通过在900℃进行固体渗碳10 h,后于950℃(低于β转变温度)在由供硼剂B_4C和无水Na_2B_4O_7、催化剂氧化镧以及一定量石墨组成的介质中进行固体渗硼12 h,在TC4钛合金试样表面制备了硼碳共渗层。检测了渗层的形貌、相组成、亲水性、硬度和耐摩擦磨损性能。结果表明,渗层由TiB_2、TiB和TiC三相组成,外层以TiB_2为主,表面较光亮、光滑和平整,粗糙度R_a为0.216,结构与多孔陶瓷类似,硬度约为2 637 HV0.1,亲水性良好;次表层以TiB为主,硬度约为1 600 HV0.1;内层以TiC为主,硬度约为802 HV0.1。渗层韧性良好,且与基体金属结合牢固,耐摩擦磨损性能明显优于基体。     

TC4钛合金表面氧化锆催渗渗硼工艺的优化

以渗层厚度和表面硬度为评定依据,采用正交试验对TC4钛合金表面氧化锆催渗渗硼工艺进行了优化,其中渗硼温度影响最大,其次为渗硼时间和ZrO2含量,B4C含量影响最小,最优工艺为:渗硼温度1 050℃,渗硼时间25h,渗硼剂配比(质量分数):B4C 20%,ZrO24%,SiC 76%。利用X射线衍射仪和光学显微镜对渗层的物相组成和厚度进行分析,结果表明:渗层表面主要由TiB2、TiB、TiB12、TiC、TiN组成,渗层厚度为46.67μm。与基础渗硼剂所得渗层相比,渗硼层厚度、渗层硬度、界面结合力和耐磨性都有所提高。     

TC4合金表面离子渗Zr-N层的常温和600℃高温耐磨性

为改善钛合金室温和高温摩擦学性能,分别采用锆-氮离子共渗(Zr+N)与离子渗锆后渗氮(Zr/N)两种工艺在TC4钛合金表面制备错-氮改性层.利用球盘磨损试验机对比研究了两种Zr-N改性层在室温和600℃高温环境下的摩擦学性能.结果表明,两种工艺制备的Zr-N改性层均由ZrN相组成,Zr/N改性层还包含少量TiN相和较厚的Zr-Ti固溶体,两种等离子表面合金化层均使钛合金表面硬度显著提高.Zr/N改性层比Zr+N离子共渗层表面硬度更高,渗层更深,表面承载能力更强.室温和600℃高温下,Zr/N改性层磨损率比TC4钛合金基材分别降低43倍和21倍;Zr+N共渗改性层磨损率比TC4钛合金基材分别降低24倍和5倍.     

TC4合金渗硼层TiB和TiB_2价电子结构与渗层硬化

计算了TiB与TiB2的价电子结构,研究了TiB、TiB2的价电子结构与TC4合金渗硼层硬化的关系。研究发现:TC4合金渗硼层的TiB2和TiB相中B-B原子键合力最强,且远大于合金基体组成原子的键合力;TiB2相最强共价键的共价电子对数nTiB2为A 0.5554,TiB相最强共价键的共价电子对数nTiB A为0.4042,因此TiB2相对基体的硬化作用更强;TiB2相的原子状态组数σN为123,而TiB相的原子状态组数σN为19,所以TiB2相的稳定性更高;由相成键能力F的计算可知,从热力学角度看,渗层中TiB应比TiB2多;共价键空间分布决定了TiB晶体易沿[010]晶向生长成短纤维状,而TiB2相易于生成高对称性的粒状或球状,故TiB2比TiB更有利于硬化基体。     

冷塑性变形对20钢硼-铬-稀土高低温共渗的影响

对经压缩和喷丸的20钢分别在850和680℃进行4h硼-铬-稀土共渗,分析了共渗层的组织、层深及其显微硬度。结果表明,低温共渗层的组织比高温共渗层的致密,疏松、孔洞少;冷塑性变形在两种工艺条件下都明显促进了渗硼的进行,且都随着变形量的增加渗层深度增加;高温共渗得到FeB和Fe2B双相硼化物,低温共渗得到单一Fe2B相;冷塑性变形对渗层的硬度基本没有影响。     

稀土催渗下的45钢固体渗硼工艺研究

采用固体粉末渗硼法对45钢基体表面进行稀土催渗下的渗硼实验.通过金相和X射线衍射研究了渗硼后的物相组成和组织演变,讨论了渗硼过程中的硼化物形成动力学和稀土催渗硼机理.结果表明,45钢在稀土-硼共渗下可形成连续单一的Fe2B相硼化物;渗硼层组织致密,硼化物齿呈现直长而细密地垂直楔入基体的形貌特征,与基体牢固结合;稀土能对渗硼过程起到催渗作用,使渗硼速度加快,渗硼层厚度增加,但存在一个最佳稀土添加量,使渗硼催渗效果最好;稀土催渗作用是稀土对渗硼渗剂产生催化作用和对基体表面活化作用的综合结果;硼化物形成动力学符合抛物线规律,随渗硼时间延长,渗层厚度先快速增加,后缓慢增加.     

铁的添加方式对TC4钛合金盐浴硼氧共渗的影响

研究了Na_2B_4O_7-SiC型共渗剂中添加铁粉、铁丝和扎铁丝方式对TC4钛合金表面盐浴硼氧共渗的影响。采用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及其配备的能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)以及显微硬度计,分析了共渗层表面形貌、物相组成和表面硬度;采用化学热力学分析讨论了铁粉型和铁丝型共渗剂无明显催渗作用的原因,采用电化学模型解释了扎铁丝对盐浴硼氧共渗的催渗机理。结果表明,各组共渗层具有较好的表面形貌,组织均匀;渗层主要由TiB、TiB_(12)、Ti_2B_5和TiB_(25)等钛硼化合物以及TiO_2和TiC相组成;硼砂—碳化硅型、铁粉型和铁丝型共渗层表面硬度依次为677、673和680 HV,性能相似;而扎铁丝型共渗剂中形成电化学效应,具有更好的表面质量,主要由TiB、TiB_(12)、TiC和Al_2O_3相组成,更高的表面硬度(989 HV),比TC4钛合金基体硬度提高了2.75倍,比碳化硅型表面硬度提高了46.04%。     

固溶时效处理对TC20钛合金α相演变和硬度的影响

采用SEM、TEM、XRD和硬度等技术对先固溶(840 ℃×0.5 h)后不同时效(460 ℃×4 h;320 ℃×15 min→460 ℃×4 h;320 ℃×10 min;460 ℃×10 min)热处理工艺的TC20合金试样进行了观察与表征,研究TC20合金的α相对时效过程中β→α相转变。结果表明:热轧态组织由α相与β相共同组成,固溶态组织相中生成了许多小尺寸α相。采用460 ℃×4 h进行处理试样内形成了片状分布的α相,采用320 ℃×15 min→460 ℃× 4 h处理试样内形成了具有更小长宽比的α相,并且该试样内的大部分α相尺寸均接近100 nm。两种时效方法形成的第二相都是α相,采用320 ℃×15 min→460 ℃×4 h处理具有尺寸更加细小的α相。当温度到达460 ℃时更多α相可以通过ω相进行形核,从而在β基体上形成致密均匀分布状态。采用320 ℃×15 min→460 ℃×4 h处理后合金中的ω相已不存在,同时析出了更多的α相,合金硬度高达503 HV,显著高于β基体的硬度,α相可以促进合金硬度的大幅提升。     

Complex Boronized Layer on the Hot-dip Aluminized Steels and Its Surface Performances

DIFFUSION treatment could eliminate the porous inthe hot-dipped aluminum layers and promote thecombination of the profile with the matrix.On the otherhand,boron atoms could decrease the brittleness of theferro-aluminum alloyed layer.More luckily,thetemperature range for boronizing is consistent with thatfor diffusion treatment.Therefore,complex boronizingwas carried out on the hot-dip aluminized steels bydiffusion-treating at high temperature in order to furtherraise wear-resistance,anti-ox…     

时效对热旋压TC11钛合金组织及性能的影响

采用光学显微镜、透射电镜、X射线衍射仪、拉伸试验机等研究了时效对双重退火态TC11钛合金原料热旋压成型后的显微组织和力学性能的影响,并确定了最佳的时效温度范围。结果表明,与双重退火态TC11钛合金原料相比,热旋压后的抗拉强度提高了近17%,硬度提高了约8 HRC,再经560 ℃×3 h时效后,抗拉强度由1195 MPa提高至1240 MPa,硬度提升约1 HRC,综合力学性能和硬度得到进一步提高。热旋压和时效均能促进软韧相β相向强化相α相转变。300~600 ℃时效时,抗拉强度均大于1200 MPa,并在580 ℃达到最大为1242 MPa。随着温度的升高,断后伸长率有所下降并在高于580 ℃时降至8%以下。热力学计算结果表明500~560 ℃温度范围内β相向α相的转变倾向最大,在此温度范围内进行时效最为适宜。     

深冷处理对TC4钛合金退火过程中微观组织和力学性能的影响

采用液氮直冷法在-196 ℃下分别对10%、20%和40%压下量的TC4双相钛合金进行12 h的深冷处理并进行500 ℃不同时间退火处理。利用光学显微镜对晶粒尺寸进行表征;利用扫描电镜(SEM)对α相和β相体积分数进行表征;利用维氏硬度仪、电子万能试验机分别对硬度和拉伸性能进行表征。通过晶粒尺寸以及α相和β相组织结构的变化,来分析材料的硬度和拉伸性能的变化原因。结果表明,随着退火时间的延长,深冷退火试样晶粒尺寸呈先下降后上升的规律,β相的体积分数逐渐减少,转变为α相。深冷12 h轧制态TC4钛合金经过1 h的退火处理后,晶粒尺寸出现小幅度的下降,这与退火过程中产生的较小晶粒有关,并且材料在轧制后继续深冷使得材料的变形能更高,在退火过程中容易产生更多的小晶粒,同时更有利于促进β相向α相转变,材料在500 ℃退火1 h时综合力学性能表现优异。当退火时间超过1 h后,材料内α相和β相两相体积分数的变化逐渐趋于平缓,并且随着退火时间的延长,晶粒粗化现象比较明显。因此,材料的强度和硬度均低于退火1 h时的强度和硬度。冷轧变形的TC4合金经12 h深冷后在500 ℃退火1 h较为理想,可获得较好的综合力学性能。     

损伤容限型钛合金的等温锻造温度研究

研究了TC21钛合金在5.5×10-4s-1恒应变速率、40%变形程度条件下,等温锻造温度变化对锻件组织和性能的影响。结果表明:TC21钛合金显微组织对温度变化敏感,在两相区锻造时,显微组织由初生α相和β转变组织组成,并且随着变形温度的提高,初生等轴α相的含量逐渐减少,晶粒尺寸增大;在相变点温度锻造时得到网篮组织;在相变点以上温度锻造时得到片状组织。室温拉伸强度和断裂韧性随锻造温度的升高呈现增加趋势,室温拉伸塑性明显降低。在965℃等温锻造时,显微组织为较细的片状组织,强度、塑性和断裂韧性达到较佳匹配,获得较好的综合力学性能。965℃为较佳等温锻造温度。     

固溶时效处理对TC6合金组织与性能的影响

采用OM、SEM、XRD、维氏硬度以及力学性能测试等方法,研究了固溶时效处理对TC6合金显微组织、相结构以及力学性能的影响。结果表明：TC6合金经过900 ℃固溶处理后,合金由片层α相、针状马氏体α′相以及β相组成;而经过1000 ℃固溶处理后,合金主要由针状α′马氏体相和β相组成。对不同固溶温度下的合金样品进行时效处理,针状α′马氏体相完全分解为α相和β相。并且随着时效温度升高,β相的相对含量逐渐增大。通过对比,TC6合金经过900 ℃固溶后在500 ℃下进行时效处理后综合力学性能达到最佳,此时的抗压强度和屈服强度为2000 MPa、1061 MPa,硬度值为499 HV0.2。     

HIP温度对SLM制备TC4钛合金组织和力学性能的影响

以激光选区熔化技术(SLM)成型TC4钛合金为研究对象,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子万能试验机等测试分析方法,研究了热等静压处理温度对TC4钛合金材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,SLM态TC4钛合金横截面微观组织由等轴状初生β晶粒组成,纵截面微观组织由呈外延生长的柱状初生β晶粒组成。晶粒内部以不同取向的针状α'马氏体相为主,纳米点状β相在初生马氏体间形核生长。在α+β两相区温度进行热等静压处理,TC4钛合金的组织由α相和β相组成。随着热等静压处理温度的升高,板条状α相粗化成短棒状,β相含量增加且发生一定粗化。随着热等静压处理温度的升高,材料的抗拉强度和屈服强度呈现降低的趋势,断面收缩率也呈下降趋势。热等静压处理工艺为910 ℃-110 MPa-2 h的TC4钛合金可获得最优的强韧性匹配。     

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%。     

氧化镧对TC4钛合金固体渗硼的影响

对固体渗硼剂(碳化硼+碳化硅)中添加氧化镧对钛合金渗硼层的表面形貌与相组成、渗层厚度、渗层硬度、渗层与基体的界面结合力以及渗层摩擦磨损性能的影响进行了研究。结果表明,固体渗硼剂中添加氧化镧(4.0%,质量分数)细化了渗层表面形貌组织;显著提高了渗层的厚度与表面硬度(增幅分别为50.7%和34.8%);提高了渗层与基体的界面结合力(增幅为37.25%);大幅提高了渗层在摩擦磨损过程中抗剥落性能以及渗层自身的抗裂性能。自身抗裂性能的提高与渗层中含有Ti金属物相从而提高渗层的韧性有关。添加氧化镧渗层与未添加氧化镧渗层相比,具有低的摩擦系数(0.12)且摩擦磨损表面无对摩件中Fe元素。