Ti-6Al-4V钛合金微动磨损中微裂纹的研究

发布时间：2018-08-22 13:06

【摘要】：Ti-6Al-4V钛合金是钛合金中发现最早、用量最大、性能数据最为成熟的老牌钛合金,被广泛应用于航空发动机的风扇、压气机盘及叶片。由于钛合金耐磨性能差,实际工程应用中经常发生各种形式的微动磨损,制约着产品的使用性能,因此本文对钛合金的微动磨损展开了研究,主要内容如下:(1)采用SRV试验机进行Ti-6Al-4V钛合金与摩擦副GCr15轴承钢的微动磨损试验,试验共进行了三组,试验Ⅰ与试验Ⅱ是空气中进行的相同频率不同载荷、不同位移的干微动磨损试验,试验Ⅲ是在腐蚀介质(3.5%Na Cl溶液)中进行的与试验Ⅱ同试验参数的腐蚀微动磨损试验。通过分析试验的摩擦系数曲线、表面磨损形貌和磨损剖面形貌,重点研究了Ti-6Al-4V钛合金微动磨损中微裂纹的萌生与扩展并探讨了微动磨损的主要磨损机理。(2)摩擦系数的变化表征着微动磨损过程的变化。对三组试验的摩擦系数曲线进行分析发现三组试验的摩擦系数曲线都呈阶段性变化,都可分为磨合期、粘着磨损期和稳定期三个阶段。不同阶段的微动磨损行为各不相同,分别表现为:试验Ⅰ在微动磨损过程中受强粘着作用的影响,试验Ⅱ在微动磨损过程中产生大量的磨屑,试验Ⅲ在微动磨损过程中受腐蚀和磨损的共同作用。(3)试验Ⅰ与试验Ⅱ、试验Ⅱ与试验Ⅲ的摩擦系数曲线进行对比分析发现强的粘着作用加剧接触面间的磨损,磨屑经碎化氧化后对接触面间的磨损起减缓作用,腐蚀介质Na Cl溶液在微动磨损中起很好的润滑作用。(4)用JSM6700F场发射扫描电子显微镜观看剖面形貌,对三组试验的剖面形貌SEM图进行分析,由试验Ⅰ、试验Ⅱ的剖面形貌SEM图发现试验Ⅰ、试验Ⅱ的微动磨损区都可分为磨屑层、亚表面层和摩擦转化层(TTS),磨屑层中都可见"Z"型微裂纹,亚表面层中出现平行于表面或者垂直于表面的微裂纹,试验Ⅱ的TTS中出现与亚表面呈一定角度的微裂纹。由试验Ⅰ、试验Ⅱ的剖面形貌SEM对比图发现TTS具有高硬度、高脆性的特点,一旦出现裂纹,裂纹扩展速率很快,迅速扩展。TTS的形成受载荷、位移两个微动磨损参数的影响。由于腐蚀和磨损的共同作用,在试验Ⅲ的磨损剖面形貌SEM图中观察到深度为10~20μm的腐蚀坑。(5)用光学显微镜(OLYMPUS-GX51)观看表面磨损形貌,对三组试验的表面磨损形貌图进行分析,结合三组试验的摩擦系数曲线和磨损剖面形貌的分析结果,推断出试验Ⅰ的主要磨损机理为疲劳脱层,试验Ⅱ的磨损机理为疲劳脱层和磨粒磨损,试验Ⅲ的磨损机理是磨粒磨损和腐蚀磨损。
[Abstract]:Ti-6Al-4V titanium alloy is the oldest titanium alloy found in the titanium alloy with the largest amount and the most mature performance data. It is widely used in fan compressor disk and blade of aero-engine. Because of the poor wear resistance of titanium alloys, various forms of fretting wear often occur in practical engineering applications, which restrict the performance of the products. Therefore, the fretting wear of titanium alloys is studied in this paper. The main contents are as follows: (1) the fretting wear tests of Ti-6Al-4V titanium alloy and friction pair GCr15 bearing steel were carried out with SRV tester. Three groups of tests were carried out. Test 鈪，

本文编号：2197186