不同介质电火花表面强化TC4钛合金工艺研究

发布时间：2017-05-22 20:15

  本文关键词：不同介质电火花表面强化TC4钛合金工艺研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着高精尖产品的制造,对钛合金综合性能的要求也愈加苛刻,尽管它具备质轻、抗蚀、高强度和无磁性等优点,但其抗磨性差、低硬度和易塑变等不足限制其在军工、航空航天和机车产业等领域的应用。为克服钛合金的不足,表面处理技术(渗镀、涂覆和热处理等)的发展在一定程度上改善了钛合金的缺陷。而电火花放电表面强化技术既能进一步提高钛合金表面组织特性,又不改变钛合金基体的力学性能,为此成为表面工程相关领域研究的热点。本文以TC4钛合金为研究对象,分别在煤油、空气和混粉准干式(空气、去离子水和强化粉末B4C颗粒三相混合)工作介质中进行电火花放电强化工艺研究。基于ABAQUS有限元软件模拟电火花放电强化温度场和应力场。系统研究不同工艺对放电区域温度场和放电结束后及冷却结束后应力场的影响规律。温度云图表明,同一位置点温度随放电时间延续和峰值电流增加而升高;熔宽和熔深与电流正相关,熔池宽度所受电流影响较大;中心温度随脉宽增大而降低,脉宽对熔宽影响较小。应力场研究表明,放电结束后强化层应力随电流和脉宽变化幅度较小;当峰值电流在6.6A和脉冲宽度为60μs时,放电结束和冷却后强化层残余应力较小。在煤油、空气和混粉准干式介质中进行电火花表面强化TC4钛合金试验研究。采用单一变量法研究峰值电流、脉冲宽度和脉冲间隔对改性层组织形貌和显微硬度的影响,观察强化层微观组织,对不同工作介质中的强化工艺参数进行优化,并对比强化时间及强化层耐磨性能进行研究。结果表明,不同工作介质下强化层效果差异较大,煤油工作液中获得的强化层组织生长厚实,显微硬度在900HV左右;空气介质中的强化层薄厚不均,显微硬度小,表面光洁度较低,且加工相同深度耗时最长;同种工艺参数下混粉准干式介质中获得的强化层整体性能较好,硬度值约为基体的2.5倍,所得强化层耐磨性优于煤油和空气介质下的强化层。研究混粉准干式介质电火花复合强化TC4钛合金工艺。分析了复合电流和不同电极材料下的强化层质量。研究发现,大电流值有利于强化层厚度增加,小电流可以细化组织,减小微裂纹,采用“8.2A+6.6A”电流工艺方案得到的强化层较好,耐磨性能约提高3倍;同种参数下,采用“石墨+紫铜”工艺的强化层性能优于“紫铜+石墨”,相对单一强化效果更佳。
【关键词】：工作介质 电火花 TC4钛合金 强化层 工艺参数
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.23;TG661
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 表面强化处理技术进展10-13
• 1.2.1 热渗镀10
• 1.2.2 氮化及多元渗复合处理10-11
• 1.2.3 激光表面处理技术11-12
• 1.2.4 液相等离子体表面处理12
• 1.2.5 表面纳米化处理12-13
• 1.3 电火花表面强化研究现状13-15
• 1.4 课题研究的背景和意义15
• 1.5 本课题来源及主要研究内容15-17
• 第2章 放电强化过程中材料的蚀除机理17-25
• 2.1 电介质概述17-18
• 2.2 液体介质的电导与击穿机理18-21
• 2.2.1 液体介质的导电机理18-21
• 2.2.2 液体介质的击穿机理21
• 2.3 液体介质的电场畸变21-23
• 2.4 放电通道形成23
• 2.5 电蚀产物抛出23-24
• 2.6 本章小结24-25
• 第3章 试验材料及方法25-31
• 3.1 试验材料25-26
• 3.1.1 基体材料25
• 3.1.2 电极材料25-26
• 3.2 试验设备26-27
• 3.3 强化层制备27-28
• 3.4 强化层组织结构和性能分析28-30
• 3.4.1 强化层显微组织形貌28-29
• 3.4.2 显微硬度29
• 3.4.3 表层耐磨性能29-30
• 3.5 本章小结30-31
• 第4章 电火花表面强化温度场数值模拟31-44
• 4.1 ABAQUS有限元软件简介31
• 4.2 电火花放电热源模型31-33
• 4.2.1 热源模型31
• 4.2.2 电火花放电能量与分配31-32
• 4.2.3 电火花放电通道半径32-33
• 4.3 电火花放电强化TC4钛合金温度场模型建立33-34
• 4.3.1 热传导分析33
• 4.3.2 建立几何模型和设置分析步33
• 4.3.3 边界条件和网格划分33-34
• 4.4 电火花放电强化TC4钛合金温度场分析34-39
• 4.4.1 某时刻电火花放电强化TC4钛合金温度场34-35
• 4.4.2 不同峰值电流电火花放电对温度场的影响35-37
• 4.4.3 不同脉冲宽度电火花放电温度场分析37-39
• 4.5 电火花放电强化层应力分析39-43
• 4.5.1 热应力求解分析39-40
• 4.5.2 不同峰值电流放电结束后应力分析40-41
• 4.5.3 不同脉宽放电冷却结束后应力41-43
• 4.6 本章小结43-44
• 第5章 不同工作介质电火花表面强化TC4钛合金试验研究44-65
• 5.1 不同工作介质放电强化TC4工艺试验44-55
• 5.1.1 煤油中放电工艺对强化层影响规律44-48
• 5.1.2 空气中不同工艺对强化层效果的影响48-53
• 5.1.3 混粉准干式电火花放电工艺优化53-55
• 5.2 不同工作介质比强化时间分析55-56
• 5.3 最优参数下强化层耐磨性能研究56-58
• 5.4 电流复合强化层性能研究58-61
• 5.4.1 复合电流对表面显微组织的影响58-60
• 5.4.2 显微硬度测定60
• 5.4.3 强化层耐磨性能试验分析60-61
• 5.5 电极材料对强化层性能的影响分析61-64
• 5.5.1 不同电极下强化层组织形貌特征61-62
• 5.5.2 强化层硬度分析62-63
• 5.5.3 电极对强化层耐磨性的影响63-64
• 5.6 本章小结64-65
• 第6章 结论与展望65-67
• 6.1 全文总结65
• 6.2 后续工作65-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-72
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术成果72

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李爱芝;孙志春;钱文闯;孙丰涛;王彩云;牟宗桂;李合非;;表面强化层受力失效的一种判别方法[J];金属成形工艺;2002年04期

2 洪永昌;电火花表面强化层的组织和性能[J];安徽冶金科技职业学院学报;2004年02期

3 孙志春;刘立志;周志立;贾鸿社;;表面强化层受力失效的判别方法[J];拖拉机与农用运输车;2006年04期

4 翟红雁;;不同环境介质下脉冲放电强化层的物相和磨损机理[J];金属热处理;2010年05期

5 马壮;刘波;时海芳;刘克铭;孙方红;;42CrMo钢的磨削淬火强化层的研究[J];兵器材料科学与工程;2011年05期

6 葛志宏;邓静;;合金钢表面离散复合强化层设计[J];热加工工艺;2012年02期

7 时海芳;刘波;马壮;刘克铭;;砂轮粒度对42CrMo钢磨削强化层的影响[J];兵器材料科学与工程;2011年04期

8 王静宜,谈育煦;面心立方合金表面爆炸强化层分析[J];兵器材料科学与工程;1992年04期

9 李巧玲;叶云;;合金表面强化层电镜薄膜样品的制备[J];新技术新工艺;1992年01期

10 王洪祥;张旭;高石;刘占山;;1Cr13不锈钢电火花表面强化层摩擦磨损性能研究[J];材料科学与工艺;2011年03期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 沈永秋;刘志强;查树兰;夏敬中;;表面强化层的摩擦学特性评价[A];第五届全国摩擦学学术会议论文集（上册）[C];1992年

2 潘国顺;曲敬信;邵荷生;;脉冲放电电火花熔涂W、Cr工艺及强化层性能研究[A];21世纪全国耐磨材料大会——第九届全国耐磨材料磨损失效分析与抗磨技术学术会议论文专辑[C];2000年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 朱凯;电接触复合表面工艺制备强化层及热处理的研究[D];东华大学;2016年

2 潘康;不同介质电火花表面强化TC4钛合金工艺研究[D];天津职业技术师范大学;2016年

3 葛志宏;40CrNiMoA复合表面强化及高速磨损性能[D];西北工业大学;2006年

4 汤精明;瞬态电能强化三种钢铁材料表面的应用研究[D];西北工业大学;2005年

5 张秋元;铝合金表面激光金属间铝化物复合强化[D];山东大学;2010年

6 韦建很;磨削加工表面强化层形成与控制机理研究[D];东北大学;2011年

7 王少鹏;Ti17合金瞬态电能及IBED表面复合强化[D];西北工业大学;2006年

8 张丽丽;Ti17介质中瞬态电能与MAIP复合表面强化[D];西北工业大学;2007年

  本文关键词：不同介质电火花表面强化TC4钛合金工艺研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：386772