【摘要】：針對(duì)Ti-6Al-4V合金硬度低耐磨性差的缺點(diǎn),我們選擇預(yù)先對(duì)TC4合金進(jìn)行840℃固溶處理,然后進(jìn)行冷軋變形,最后在550℃及460℃兩個(gè)相對(duì)低的溫度下對(duì)合金進(jìn)行不同保溫時(shí)間碳氮共滲處理來達(dá)到提高合金綜合性能的目的。利用金相顯微鏡、掃描電鏡(SEM)、能譜(EDS)、透射電鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、背散射電子衍射(EBSD)對(duì)變形試樣和碳氮共滲處理試樣進(jìn)行組織結(jié)構(gòu)分析。運(yùn)用顯微硬度、摩擦磨損試驗(yàn)測(cè)試合金的耐磨性。TC4合金經(jīng)過固溶處理和室溫冷軋后,對(duì)變形試樣進(jìn)行組織分析,結(jié)果顯示:合金內(nèi)部由于固溶水冷產(chǎn)生的亞穩(wěn)定α,相和β,相進(jìn)一步分解為β相,隨著變形量的增加β相含量逐漸增加,晶粒細(xì)化越來越明顯。EBSD分析0%、30%、50%變形量試樣組織,結(jié)果表明變形量越大晶粒尺寸越小,小角度晶界百分比先增大后減小,0%變形量試樣經(jīng)過水冷后內(nèi)部產(chǎn)生大量殘余應(yīng)力并在晶界處產(chǎn)生位錯(cuò),隨著變形量增加內(nèi)部位錯(cuò)密度不斷增加,合金織構(gòu)成分隨著變形量增大織構(gòu)類型由近似橫向織構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向織構(gòu)。經(jīng)過550℃和460℃碳氮共滲后,掃描電鏡下觀察到試樣表面沉積了白色顆粒,EDS能譜顯示表面存在碳元素和氮元素,隨著溫度、保溫時(shí)間、變形量變化表面碳氮元素含量也發(fā)生變化。觀察試樣截面并沒有發(fā)現(xiàn)明顯滲層,碳元素和氮元素從試樣表面到心部均有分布,表面氮元素和碳元素高于心部碳元素和氮元素。XRD數(shù)據(jù)顯示合金中主要形成了TiN、TiN_(0.3)、Ti_2N、CTi_(0.42)V_(1.58)、AlTi_3(C、N)_(0.6)、C及金屬間化合物。EBSD技術(shù)分析550℃保溫22h0%、30%、50%碳氮共滲試樣,與變形試樣比織構(gòu)發(fā)生了偏轉(zhuǎn),強(qiáng)度發(fā)生了明顯變化,原始織構(gòu)強(qiáng)度明顯減弱。隨著變形量增加合金晶粒尺寸比變形試樣有所減小,小角度晶界明顯減少,β鈦和TiN含量逐漸增加,在碳氮共滲過程中合金發(fā)生了回復(fù)再結(jié)晶且變形量越大再結(jié)晶程度越高。這些結(jié)果表明,相同的碳氮共滲工藝條件下材料的位錯(cuò)密度越高,晶粒尺寸越小晶界越多,晶體織構(gòu)越接近于橫向織構(gòu),生成的硬質(zhì)相越多,碳氮共滲效果越好。合金經(jīng)過冷軋變形硬度在280HV-310HV之間,碳氮共滲后無論是表面硬度還是心部硬度都明顯提升,550℃保溫22h50%變形量試樣硬度提高最大,表面硬度達(dá)到了最大值為587HV,接近心部位置硬度值為445HV。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,相同溫度下保溫時(shí)間延長(zhǎng)合金的摩擦系數(shù)和磨損率不斷減小,變形量增加摩擦系數(shù)和磨損率也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。磨損機(jī)理主要以粘著磨損和磨粒磨損為主,其中本文所分析的試樣中550℃保溫22h40%變形量試樣磨粒磨損現(xiàn)象最為明顯,說明冷變形復(fù)合低溫碳氮共滲工藝可以有效的提高TC4合金整體綜合性能。
【圖文】：

圖 1.1 (a)位錯(cuò)纏結(jié)；(b)位錯(cuò)墻；(c)形變帶；(d)剪切帶在變形過程中晶粒會(huì)產(chǎn)生不同取向，晶粒被拉長(zhǎng)同時(shí)晶粒會(huì)細(xì)化。當(dāng)甚至?xí)霈F(xiàn)納米晶。變形后的合金基體中可能存在的三種亞結(jié)構(gòu)：位纏結(jié)或隨機(jī)排列分布在晶粒中；亞晶及位錯(cuò)胞，變形時(shí)形成的體積最過渡帶，晶粒中取向不同的區(qū)域稱為變形帶。變形時(shí)很多組滑移系被增加晶粒取向也會(huì)發(fā)生變化，這些變形帶之間區(qū)域成為過渡帶，剪切多晶體在冷軋過程中形成的剪切帶，可能穿過很多晶粒。軋后織構(gòu)的形成與表述體在加工過程中易形成擇優(yōu)取向，我們將這種晶體結(jié)構(gòu)定義為織構(gòu)。體的力學(xué)、光學(xué)等性質(zhì)方面在不同方向上出現(xiàn)各向異性。加工，軋制，拉伸及退火等均會(huì)使多晶材料產(chǎn)生織構(gòu)。冷軋變形后基度是增加的，主要的原因是本身就存在的位錯(cuò)被釘扎和新形成的位錯(cuò)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，可以優(yōu)化材料的性能，能更好發(fā)揮材料在航空航

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文的主要滑移系如圖 1.2 所示，，由于六方晶系的滑移系少，材料在動(dòng)五個(gè)獨(dú)立滑移系。對(duì)于 α 鈦提供不了變形所需的五個(gè)滑移系，滑移或者以孿生的方式協(xié)調(diào)變形。α 鈦的滑移面主要集中在 5 個(gè){11-21}及{2-1-12}，柱面{10-10}和基面{0001}面�；品较�?yàn)?-20>三個(gè)方向。基面滑移的臨界分切應(yīng)力較低，因此基面滑移很，錐面滑移最困難[76]。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG146.23;TG156.82

【參考文獻(xiàn)】

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1 王懷柳;;鈦及鈦合金在船舶工業(yè)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展[J];特鋼技術(shù);2013年04期

2 李獻(xiàn)軍;王鎬;馬忠賢;胡志杰;;鈦在艦船領(lǐng)域的應(yīng)用及前景[J];中國(guó)鈦業(yè);2013年02期

3 馮穎芳;;世界鈦及鈦合金的應(yīng)用研究進(jìn)展[J];世界有色金屬;2012年04期

4 姜海濤;邵忠財(cái);魏守強(qiáng);;鈦合金表面處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J];電鍍與精飾;2010年10期

5 郭鳳儀;趙汝彬;陳忠華;馬同立;;滑動(dòng)電接觸磨耗測(cè)控系統(tǒng)的研究[J];計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制;2010年03期

6 辛社偉;趙永慶;曾衛(wèi)東;;鈦合金固態(tài)相變的歸納與討論(Ⅲ)——常用檢測(cè)方法[J];鈦工業(yè)進(jìn)展;2008年03期

7 范麗穎;劉俊玲;安紅;;鈦在海洋工程上的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景展望[J];中國(guó)金屬通報(bào);2006年Z2期

8 黃曉艷;劉波;李雪;;鈦合金在艦船上的應(yīng)用[J];南方金屬;2005年06期

9 孟慶武 ,耿林 ,范小紅;鈦合金表面激光熔覆涂層工藝[J];航空制造技術(shù);2005年07期

10 何利艦,張小農(nóng);鈦及鈦合金的表面處理技術(shù)新進(jìn)展[J];上海金屬;2005年03期

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1 何東;雙相多晶鈦合金微觀塑性變形機(jī)理與組織演化的定量研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

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1 遲姜;冷變形Ti-6Al-4V合金500℃脈沖離子碳氮共滲研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2017年

2 閆峰;變形TC4合金500℃等離子滲氮及時(shí)效研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2016年

3 孫波;Ti-6Al-4V輝光離子滲鉬及摩擦學(xué)性能研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2012年

4 楊軍勝;采用復(fù)合滲鍍技術(shù)提高Ti-6Al-4V摩擦學(xué)性能[D];長(zhǎng)安大學(xué);2010年

5 楊雷;鈦合金切削摩擦磨損的試驗(yàn)研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

6 柳文濤;Ti6Al4V離子滲氮和離子滲碳的研究[D];長(zhǎng)安大學(xué);2008年

7 鄧炯;氮離子注入兩種新型鈦合金的表面改性研究[D];四川大學(xué);2005年

8 云騰;純氮、氮—氨離子滲氮工藝和機(jī)理研究[D];重慶大學(xué);2002年

本文編號(hào)：2638845