深冷处理对Ti-6A1-4V钛合金摩擦磨损行为及机理的影响

发布时间：2020-04-22 14:20

【摘要】：Ti-6Al-4V钛合金凭借极其出色的综合性能,成为了航空航天业的主选材料,并且逐渐被应用到其他尖端学科与高新技术领域。但其在实际应用中显现出导热性能差、易粘着、耐磨性和抗疲劳性能较差等问题很大程度上限制了它在各领域的应用及拓展。一直以来,采用表面改性技术优化钛合金耐磨损性能是研究的重点和热点。然而,随着科技的快速发展,钛合金的服役环境变得愈加复杂和苛刻,为了满足未来高端产业及技术的要求,这就促使系统深入研究复合表面改性技术成为重中之重。滚磨光整加工以其加工效率高、成本低等优势,在航空钛合金制造业及表面强化领域得以迅速推广。深冷处理凭借其操作简便、经济环保等优点,在材料表面改性强化领域得以广泛应用。综合滚磨光整加工和深冷处理技术的特点及其应用分析可知,两者复合表面改性处理不仅可以进一步改善钛合金的表面质量,延长其服役寿命,而且对改善其耐磨损性能具有显著的效果。因此,这就为我们在关于钛合金表面强化改性方面的研究提供了新的观点及课题。同时,为更准确把握和阐明其经过深冷处理及滚磨光整加工复合表面强化处理后摩擦磨损的作用机理、行为、特性、磨损性能的变化规律,从而为进一步拓展钛合金的应用范围提供丰富的理论基础和依据,本文对此开展了相关的工作:以Ti-6Al-4V钛合金为研究对象,将钛合金样品置于液氮深冷箱中进行深冷处理,处理温度-180℃,分别处理24h、72h,随后对其进行了在干式和湿式条件下加以不同载荷、频率及对磨材料的摩擦磨损实验。采用硬度计、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、3D轮廓仪对比分析了深冷处理前后样品的硬度、显微组织、磨损行为、磨损特性及磨损机理变化规律。主要内容及结论可总结为以下5个方面:(1)对Ti-6Al-4V钛合金进行不同保温时间(24h、72h)的深冷处理,随后采用金相显微镜对深冷处理前后钛合金显微组织进行观察及用硬度计对其硬度进行测量,从而明确深冷处理时间对钛合金组织、硬度的影响规律。结果表明:深冷处理24h后钛合金试样的微观组织较未深冷处理和深冷处理72h分布更均匀,晶粒得到细化,出现等轴晶粒,硬度也有一定的提高。因此,综合考虑实验经济性及分析本文中钛合金深冷处理的实验结果后,认为深冷处理24h是较合适的处理时间。(2)把滚磨光整加工作用过程进行简化,通过研究单颗磨块和钛合金工件的摩擦磨损作用过程及机理,可很大程度上避开磨块间的相互作用带来的影响,从而能直观清楚研究光整加工中材料去除的作用机制。(3)在室温条件下,研究了Ti-6Al-4V钛合金在不同载荷、频率、对磨材料、深冷处理时间作用下经干式滑动摩擦磨损实验后摩擦系数、磨损率、三维轮廓、磨痕表面形貌的变化特点,以明确其在干式摩擦磨损条件下的磨损行为、特性及磨损机制的变化规律。(4)在有液体介质润滑作用下,研究了Ti-6Al-4V钛合金在不同载荷、频率、对磨材料、深冷处理保温时间作用下经湿式滑动摩擦磨损实验后磨损行为、特性、机理的变化规律,并对两种磨损体系下的钛合金磨损行为、特性、机理、性能进行比较分析。(5)对单颗磨块磨削过程及机理、磨损机制的转化、摩擦氧化层的作用进行了初步探究。
【图文】：

滚磨,光整加工

[46]：图1-1 滚磨光整加工过程中的主要作用[46]Fig.1-1 Main functions of the mass finishing processes1.3.2.3 滚磨光整加工的应用及发展前景滚磨光整加工技术凭借其成本低、效率高、适应范围广、处理效果极佳等优势，已在航天业、车辆工程、军工制造、生物医学、运动器械、口腔修复等高新技术领域取得了骄人的成绩[47-49]。未来，伴随着生产技术水平的提高及对零部件的各方面性能愈加严苛的要求，这对滚磨光整加工技术来说既是挑战又是机遇。就需要对其提出以下几个方

钛合金,样品

太原理工大学硕士研究生学位论文第二章实验设备及研究方法2.1 实验材料Ti-6Al-4V钛合金（如图2-1）作为一种Ti-Al-V系α+β型双相钛合金，，因其拥有诸多优异的性能通常被用作实验研究的材料。其主要组成成分见表2-1[59]。经线切割加工成尺寸为20×20×10mm的样品。选用滚磨光整加工常用的磨块ZrO2陶瓷球（如图2-2）及Si3N4陶瓷球（如图2-3）作为对磨材料。两者的主要化学成分[60-61]、机械性能参数及应用性能如表2-2、2-3、2-4、2-5所示[62-63]。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG146.23;TG156.91;V252.2

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