钛合金激光渗氮层的组织与性能研究

对Ti-6AI-4V合金在氮和氩的混合气体中通过激光加热形成的渗氮层进行了研究。结果表明，渗氮层由a和TiN两相组成。靠近表层的粗树枝状组织为胞状纳米晶的TiN相，熔区内的显微硬度在500HV～800HV范围内呈阶梯状变化。     

TC4钛合金不同气源激光渗氮行为

在用矩形光斑高功率半导体激光器,在纯氮气和氮氩混合两种不同方式下,通过不同气流量和氮氩混合对Ti-6Al-4V进行表面渗氮,研究气体流量、氮氩混气比对渗氮熔池形态及渗氮组织和力学性能的影响。采用SEM、EDS以及XRD对渗氮层的显微组织、微区成分及相组成进行研究。结果表明:采用纯氮渗氮时,在15 L/min气流量下获得均匀渗氮层,继续增大气流量渗氮熔池流动紊乱,出现贯穿裂纹,且渗氮深度和硬度并未随气流量增加;采用不同氮氩混气比渗氮时,渗氮层的表层硬度均较相同条件下纯氮气渗氮层的有所降低,且渗氮层裂纹倾向减弱,渗氮层组织由表至里在200～800μm内按层深依次存在Ti N_0.88、Ti N_0.61、Ti N_0.3三种稳定相;分别采用纯氮气和不同氮氩混气比渗氮时,渗氮层组织沿层深分布依次均为粗短树枝晶、等轴晶、细长树枝晶、针状晶。     

钛合金离子渗氮工艺研究

研究了Ti-6A1-4V(TC4)钛合金经不同温度和时间离子渗氮后渗层的表面硬度、深度和显微组织。结果表明,在H2∶N2比为3∶1的气氛中经860～900℃、8～10 h离子渗氮后,渗层深度为0.20～0.25 mm,表面硬度为900～1341 HV0.1,渗层组织由δ-TiN、ε相和氮在α+β内的固溶体组成。     

TC4钛合金表面激光合金化制备Ti-Si涂层

以Ti、Si单质元素混合粉末为原料,采用激光合金化技术在钛合金表面成功制备出了Ti-Si合金涂层。分析了涂层的组织形貌、成分和物相组成,测试了涂层的显微硬度及与YG6在干摩擦磨损条件下的摩擦磨损性能。结果表明:在合适的激光合金化参数下制备的Ti-Si涂层整体均匀致密,无裂纹且与TC4基体呈良好的冶金结合;涂层组织主要由针状的α-Ti基体和网状分布的Ti_5Si_3/β-Ti共晶体(室温下为Ti_5Si_3/α-Ti)组成;自下而上涂层组织细化,硬度HV在6600~7300 MPa之间,与TC4钛合金相比,平均摩擦系数降低(0.39 vs 0.45),耐磨性提高2.4倍。     

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钛合金表面激光熔覆WC增强镍基复合涂层的组织及耐磨性

为提高TC4钛合金的耐磨性,利用激光熔覆技术(laser cladding,LC)在TC4钛合金表面制备Ni60+50%WC(体积分数)和deloro22(d22)粉末打底+(Ni60+50%WC)2种耐磨复合涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)以及X射线衍射仪(XRD)来表征涂层的微观结构和物相组成;使用HV-1000显微维氏硬度计、HRS-2M型高速往复摩擦磨损试验机和WDW-100D电子万能试验机来分析涂层的性能。结果表明:2种涂层均由W₂C、TiC、Ni₁₇W₃、Ni₃Ti和Ti_xW_1-x相组成,2种涂层不仅与基体呈现出优异的冶金结合,而且组织均匀致密,没有裂纹瑕疵;由于涂层中存在着原位合成的硬质相和细晶强化共同作用使得涂层硬度显著提高,约为TC4基体的2.82倍;2种涂层的摩擦系数(COF)和磨损量都远低于TC4钛合金基体;Ni60+50%WC复合涂层和d22粉末打底+(Ni60+50%WC)复合涂层的抗剪切结合强度分别为188....     

TC4钛合金表面激光合金化涂层的组织与耐磨性能

采用WC(含碳量0.1wt%)、Ni、Si混合粉末为原料,利用激光合金化技术在TC4钛合金表面原位制备了含WC、Ni、Si的涂层,使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)与能谱分析(EDS)等方法分析了涂层的组织与成分,用HXD-1000B型维氏显微硬度计和MMW21型立式万能摩擦磨损试验机测试了涂层的显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明:利用优化后的激光合金化参数制备出的含WC量较多的涂层,其整体均匀致密、无裂纹,且与TC4合金基材呈冶金结合;涂层物相主要由α-Ti、Ti₅Si₃、WC和TiNi组成;涂层硬度为950 HV0.2,平均摩擦因数为0.2,平均磨损量为0.308 mg,耐磨性显著提高。     

不同氮氩比对TC4合金激光气体渗氮的影响

针对TC4激光渗氮时产生裂纹而影响材料使用性能的问题,试验采用氩气和氮气的混合气体,对钛合金板块TC4进行激光气体渗氮,并研究了不同的氮气含量对渗氮层的裂纹、组织特征以及硬度等的影响.结果表明,在氮气含量低于40％的情况下,渗氮表面基本无裂纹产生;渗氮层的表面硬度以及渗氮深度随着氮气含量的降低而有所降低.另外还对渗氮层进行线扫描分析发现,在钛合金TC4激光气体渗氮过程中,渗氮层中的合金元素发生了选择性汽化现象.     

气体渗氮工艺对NbVTi合金化灰铸铁组织与性能的影响

针对发动机高速重载的发展趋势,对新型NbVTi合金化灰铸铁气缸套材料进行了不同温度的气体渗氮处理。通过光学显微镜、维氏硬度计、摩擦磨损试验机、扫描电镜等手段,研究了NbVTi合金化灰铸铁气缸套表面的气体渗氮工艺对组织性能的影响。结果表明:随着渗氮温度的增加,NbVTi合金化灰铸铁气缸套的渗氮层深度都有所增加,距离表面100 μm和130 μm处的显微硬度先增后降。在最佳的渗氮温度570 ℃渗氮后,气缸套尺寸膨胀量在0.010~0.055 mm标准范围内,渗氮层平均厚度约140 μm,距离表面100 μm扩散区平均硬度达到500 HV0.1以上,可满足高速重载气缸套的使用要求。气体渗氮后,气缸套的摩擦磨损性能得到了大幅提高,随着载荷的增大和速度的增加,磨损率随之增大,其磨损机理由磨粒磨损向粘着磨损转变。     

TC4钛合金表面激光熔覆复合涂层的组织和耐磨性

采用5 kW横流CO₂激光器,在TC4钛合金表面熔覆TiC、TiB₂与Ni的混合粉末,制备了无气孔、无裂纹、组织均匀致密的复合涂层。用SEM、EDS、XRD、显微硬度计以及立式万能摩擦磨损试验机分析了激光熔覆层的显微组织、成分和物相,测试了激光熔覆层横截面显微硬度,以及覆层耐磨性能。结果表明,激光熔覆复合涂层与基体呈冶金结合;熔覆层组织从表层到结合区呈现出由棒状、块状向树枝状、颗粒状转变的趋势,且主要由Ti、TiC、TiB、Ti₂Ni、TiNi等相组成;熔覆层显微硬度最高可达863 HV0.2,为基体的2.5倍;熔覆层耐磨性能较TC4钛合金明显提高。     

TC4钛合金表面沉积CrAlSiN涂层的组织与性能

为了提高TC4钛合金表面硬度和耐磨性能,通过等离子渗氮技术和多弧离子镀技术相结合的方法对TC4钛合金进行表面改性处理。通过扫描电镜、维氏显微硬度计、三维轮廓仪、高速往复摩擦磨损试验仪和电化学工作站,对比研究了TC4钛合金、渗氮层和CrAlSiN涂层的显微组织、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明,经渗氮处理后,TC4合金表面渗氮层硬度提高了约2倍,在此基础上制备的CrAlSiN涂层的平均硬度高达3222 HV0.025,涂层表面存在少许大颗粒和凹坑;CrAlSiN涂层平均摩擦因数为0.22,磨损机理主要为粘着磨损,对磨副的材料粘着到涂层表面,而涂层几乎无磨损,耐磨性能显著提高。CrAlSiN涂层的自腐蚀电位为-0.542 V,比TC4钛合金基体的自腐蚀电位-0.747 V正移了0.205 V,表明在渗氮层基础上沉积CrAlSiN涂层显著提高了合金的耐电化学腐蚀性能。     

TC4激光气体渗氮层及其耐腐蚀性能

采用激光气体渗氮工艺可以在TC4钛合金表面生成一层高硬度、高耐磨性的氮化层。主要分析了激光气体渗氮后试样表面宏观状态的变化、渗氮层组织以及渗氮层耐腐蚀性能的变化。通过激光气体渗氮处理后,试样表面粗糙度增加;渗氮层自腐蚀电位相对于TC4钛合金的自腐蚀电位正移了0.042 4 V,表面耐腐蚀性能增强。     

钛合金表面激光改性技术研究进展

随着钛合金应用范围的不断扩大,对于钛合金的性能也有了更高的要求,因此钛合金的表面改性成为重要的研究热点,综述了激光合金化技术和激光熔覆技术在钛合金表面改性中的应用,并对其存在的问题以及发展趋势进行了分析总结。     

GH4169合金气体渗氮工艺研究

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)、显微硬度仪等分析手段,对GH4169合金的渗氮机理及长时间气体渗氮后渗氮层和基体组织、成分、性能进行了分析.结果表明,GH4169合金渗氮层深度和渗氮时间符合抛物线规律,长时间气体渗氮后渗层中会析出均匀细小的CrN(尺寸在纳米级)、Cr7C3相.渗氮层硬度达到1 268 HV0.05,渗氮层较脆,裂纹易沿原始γ相晶界萌生并扩展.     

Double-sided gas tungsten arc welding process on TC4 titanium alloy

TC4 titanium alloy was welded by double-sided gas tungsten arc welding（GTAW） process in comparison with conventional GTAW process, the microstructure and mechanical performance of weld were also studied. The results indicate that double-sided GTAW is superior over regular single-sided GTAW on the aspects of increasing penetration, reducing welding deformation and improving welding efficiency. Good weld joint was obtained, which can reach 96.14% tensile strength and 70.85% elongation percentage of the base metal. The grains in heat-affected zone（HAZ） are thin and equiaxed and the degree of grain coarsening increases as one moves to the weld center line, and the interior of grains are α and α′ structures. The coarse columned and equiaxed grains, which interlace martensitic structures α′ and acicular α structures, are observed in weld zone. The fracture mode is ductile fracture.