400-1188-260

13372307781

  • 測試咨詢

    400-1188-260
  • 質量投訴
    +86-573-86161208
  • 測后服務
    +86-573-86161256 86161587 86180108
  • 地址:浙江省海鹽縣豐潭路777號
首頁 檢測信息服務

分享:TB8鈦合金表面間歇式真空滲氮層的組織與性能

馮 勇1,楊 闖1,嚴 麗2

(1.貴州師范大學材料與建筑工程學院,貴陽550025;2.中國航發貴州黎陽航空動力有限公司,貴陽550014)

摘 要:

對TB8鈦合金進行800℃間歇式真空滲氮6h,研究了表面滲氮層的組織、硬度、耐磨 性能及耐腐蝕性能。結果表明:TB8鈦合金表面間歇式真空滲氮層主要由厚度60~80μm 氮化物 層和厚度110~130μm 氮擴散區組成,表層物相包括 TiN、TiN0.3、Ti2AlN 及α-Ti,表層硬度為 800~850HV,由表層至心部硬度緩慢降低,心部基體的硬度為250~270HV;在相同條件下,間 歇式真空滲氮處理合金的磨損質量損失為未滲氮合金的1/12,表面形成了淺而窄的磨痕,耐磨性 得到顯著提高;間歇式真空滲氮處理合金在 HF和 HNO3 混合溶液中的腐蝕速率僅為未滲氮合金的 1/153,表面未見明顯腐蝕坑,耐腐蝕性能得到明顯提高。

關鍵詞:TB8鈦合金;間歇式真空滲氮;組織;耐磨性能;耐腐蝕性能

中圖分類號:TG146.2 文獻標志碼:A 文章編號:1000-3738(2021)11-0043-04


0 引 言

隨著我國航天航空事業的快速發展,對飛行器 緊固件、彈力組件及主要承力構件的比強度、耐腐蝕 性能、抗氧化性、加工成型性等要求越來越高。為滿 足航天航空事業對鈦合金應用的需要,我國自行研 制了一種新型TB8亞穩定β型鈦合金,由于該合金 中含有較多的鉬元素,其抗氧化性和耐腐蝕性能得 到提高,該合金經過固溶及時效處理后可得到很高 的抗高溫強度,屬于超高強度鈦合金[1-4]。同時, TB8鈦合金還具有優良的焊接性、冷加工成形性、淬透性及抗蠕變性等優點,用于制造有較高溫度要 求的飛機結構件、發動機結構件和緊固件等,對提高 推重比、減輕飛機質量和節約燃料等都具有重要的 意義[5-6]。但是,與其他鈦合金相同,TB8鈦合金也 存在表面硬度低、耐磨性差等缺點,使其在實際應用 中受到極大限制[7]。滲氮是提高鈦合金表面硬度的 最有效方法之一,鈦合金表面滲氮的方法主要有激 光滲氮、離子滲氮和氣體滲氮。激光滲氮極易產生 裂紋;離子滲氮不適用于形狀復雜的零件,且工藝復 雜;普通的氣體滲氮時間較長,形成的滲氮層較 薄[8-10]。作者所在課題組前期研究表明,鈦合金在 真空下滲氮能產生較多的活性氮原子,具有較高的 氮勢,且滲氮均勻[11-12]。在此基礎上,作者對 TB8 鈦合金進行間歇式真空滲氮處理,研究了滲氮后鈦 合金表面的組織和性能,為TB8鈦合金的表面強化 提供理論參考。

1 試樣制備與試驗方法

試驗材料為退火態 TB8 鈦 合 金 棒,尺 寸 為 ?15mm×60mm,其α+β相轉變為β相的相變溫 度為799℃,化學成分(質量分數/%)為15.31Mo, 3.22Al,2.85Nb,0.16Si,0.03Fe,余 Ti。將試樣磨 制、拋光,用無水乙醇清洗后,置于自制的SLG1100 型真空管式爐中,先將爐內抽真空至真空度小于 1×10-3Pa,然后升溫到800℃,再關閉真空泵并通 入0.001~0.015MPa的高純氮氣,滲氮30min后, 打開真空泵抽真空30min,再通氣滲氮,如此反復 進行間歇式通氣滲氮和抽真空,總時間為6h,然后 爐冷至室溫。 采用XPERTPRO型X射線衍射儀(XRD)分析 合金表面的物相組成,采用銅靶,Kα 射線,管電壓為 40kV,管電流為20mA,掃描速度為6(°)·min-1,掃 描范圍2θ為0°~85°。試樣經打磨、拋光,用由體積 比為1∶2∶17的 HF、HNO3、H2O 組成的混合溶液 腐蝕后,用ICX41M 型倒置光學顯微鏡觀察截面顯 微組織。用SCHV-V2.0型全自動顯微硬度計測試 截面硬度,載荷為0.98N,加載時間為15s,從距表 面10μm向心部測量,測試間隔為20μm。在 MMU10A 型端面磨損試驗機上進行干摩擦磨損試驗, 載荷為200N,轉速為200r·min-1,時間為30min, 對磨盤材料為Gr15鋼,尺寸為?40mm ×10mm, 硬度為63~65HRC;磨損試驗結束后,經無水乙醇 清洗,用精度為0.1mg的電子天平稱取磨損前后試 樣的質量,計算質量損失,并采用光學顯微鏡觀察磨損形貌。在室溫下將試樣放入體積比為1∶4∶15的 HF、HNO3、H2O 組成的混合溶液中進行加速腐 蝕,腐蝕時間為10min,經無水乙醇清洗,用精度為 0.1mg的電子天平稱取腐蝕前后試樣的質量,取3 個試樣計算腐蝕速率,并采用光學顯微鏡觀察腐蝕 形貌。腐蝕速率的計算公式為

式中:Δm 為試樣的質量損失,g;ρ 為鈦合金的密 度,g·cm-3;A 為試樣的面積,cm2;t為腐蝕時間, min;v為腐蝕速率,μm·min-1。

2 試驗結果與討論

2.1 物相組成

由圖1可知:滲氮前TB8鈦合金的物相主要為 α-Ti,而經過間歇式真空滲氮后,表面滲氮層主要由 TiN、TiN0.3、Ti2AlN 及α-Ti相組成。根據價鍵理 論,Al-N的共價鍵長約為180.1pm,Ti-N 的鍵 長約為197.5pm,TiN 的穩定性比 AlN 高[13]。在 間歇真空滲氮過程中,氮優先與鈦結合并在表面形 成大量的 TiN,因為 TiN 的大量形成使鈦大量消 耗,造成氮化物層與基體界面鈦含量大量減少,進而 出現貧鈦區,使得該處鋁含量增加,當鋁含量達到一 定值后,便會形成鈦鋁金屬間化合物,并與氮進一步 反應形成Ti2AlN [14]。

2.2 截面組織

由圖2可知,TB8鈦合金經過間歇式真空滲氮 后,其滲氮層由厚度60~80μm 氮化物層和厚度 110~130μm氮擴散區組成,基體組織為單一β相。 鈦是強氮化物形成元素,與氮元素具有很強的親和 力,滲氮后鈦合金表面迅速形成鈦的氮化物,鈦的氮 化物穩 定 性 很 強,使 得 氮 難 以 進 一 步 向 內 部 擴 散[15]。通過間歇式循環抽真空和通氣滲氮,一方 面,爐內氣體被強制流動,有利于提高表面活性,從而提高后續氮原子的吸附力,另一方面,氮氣不斷充 入爐內可增加活性氮原子的數量。兩個過程相互促 進,可極大縮短滲氮時間。

2.3 硬 度

由圖3可知:經間歇式真空滲氮處理后,TB8 鈦合金的硬度沿層深的分布是先保持穩定后逐漸降 低,說明經間歇式真空滲氮后鈦合金表面形成了一 定深度的硬化層;表層硬度為800~850HV,由表 面至心部硬度緩慢降低,心部基體硬度為250~ 270HV。TB8鈦合金經間歇式真空滲氮后,晶格 發生畸變,且鈦的氮化物 TiN、Ti2AlN 及 TiN0.3 具 有很高的硬度,因此表面硬度高達800~850HV; 在間歇式真空滲氮的真空階段,氮原子向內部擴散, 形成了厚度為110~130μm 的氮擴散區,氮擴散區 的形成使得該區域的硬度維持在較高的數值。

2.4 耐磨性能

間歇式真空滲氮前后,TB8鈦合金的磨損質量 損失分別為31.82,2.63mg。間歇式真空滲氮后 TB8鈦合金表層硬度高達800~850HV,同時形成 了氮擴散區,因此鈦合金表現出較優異的耐磨性能。 由圖4可知,磨損試驗后未滲氮合金表面存在大量 寬且深的犁溝,而且在局部區域能觀察到撕裂現象, 而間歇式真空滲氮后 TB8鈦合金表面未形成明顯犁溝。未滲氮合金硬度僅為250~270HV,易與摩 擦副發生磨粒磨損而在合金表面形成犁溝;鈦合金 活性較高,在摩擦磨損過程中,易與摩擦副產生黏著 磨損而出現局部撕裂現象。TB8鈦合金經過間歇式 真空滲氮后,其表面形成了高硬度的氮化物層和較厚 的氮擴散區,在摩擦磨損過程中表面只形成了淺而窄 的磨痕,表面滲氮層基本完整,耐磨性得到極大提高。

2.5 耐腐蝕性能

間歇式真空滲氮前后,TB8鈦合金的腐蝕速率 分別為13.394,0.087μm·min-1,在相同的條件下, 間歇式真空滲氮合金的腐蝕速率僅為未滲氮合金的 1/153,這是由于間歇式真空滲氮后 TB8鈦合金表 面形成的滲氮層硬度高,且具有良好的化學穩定性, 同時TB8鈦合金含有較多鉬元素,可以提高合金在 HF和 HNO3 混合溶液中的耐腐蝕性能[16]。 由圖5可知,未滲氮TB8鈦合金表面出現大量 不均勻的腐蝕坑,腐蝕坑的直徑為5~10μm,而經 間歇式真空滲氮后,表面未見明顯腐蝕坑,滲氮層基 本保持完整。由此可知,間歇式真空滲氮后 TB8鈦 合金表面耐腐蝕性能得到明顯提高。

3 結 論

(1)TB8鈦合金經800℃間歇式真空滲氮6h 后,其表面滲氮層由厚度60~80μm氮化物層和厚度110~130μm 氮擴散區組成,滲氮層主要由 TiN、 TiN0.3、Ti2AlN及α-Ti物相組成。

(2)間歇式真空滲氮處理后,TB8鈦合金表層 硬度為800~850HV,由表層至心部硬度緩慢降 低,心部硬度為250~270HV;在相同條件下,間歇 式真空滲氮處理合金的磨損質量損失為未滲氮合金 的1/12,表面形成了淺而窄的磨痕,滲氮層基本完 整,耐磨性得到顯著提高。

(3)間歇式真空滲氮后 TB8鈦合金在 HF和 HNO3 混合溶液中的腐蝕速率僅為未滲氮合金的 1/153,表面未見明顯腐蝕坑,耐腐蝕性能得到明顯 提高。


參考文獻:

[1] ZENGLY,YANG GJ,GEP,etal.Processingmapofone kindofmetastableβtitaniumalloy[J].RareMetalMaterials andEngineering,2010,39(9):1505-1508.

[2] 張曉云,湯智慧,李斌,等.TB8鈦合金在酸堿及液壓油中的腐 蝕行為[J].中國腐蝕與防護學報,2004,24(2):75-78. ZHANGXY,TANGZH,LIB,etal.Corrosionbehaviourof TB8titaniumalloysinacidsandalkalisandhydraulicoil[J]. JournalofChineseSocietyforCorrosionandProtection,2004, 24(2):75-78.

[3] 商國強,朱知壽,常輝,等.超高強度鈦合金研究進展[J].稀有 金屬,2011,35(2):286-291. SHANGG Q,ZHU ZS,CHANG H,etal.Developmentof ultra-highstrengthtitaniumalloy[J].ChineseJournalofRare Metals,2011,35(2):286-291.

[4] 張利軍,田軍強,白鈺,等.TB8超高強鈦合金的熱處理工藝 [J].中國有色金屬學報,2010,20(增刊1):670-673. ZHANGLJ,TIANJQ,BAIY,etal.Heattreatmentprocess ofTB8titaniumalloy[J].TheChineseJournalofNonferrous Metals,2010,20(S1):670-673.

[5] 唐輝.TB8鈦合金螺栓斷裂分析[J].有色金屬工程,2017,7 (3):19-23. TANG H.TB8titanium alloyboltstudgonfracture[J]. NonferrousMetalsEngineering,2017,7(3):19-23.

[6] 張利軍,王幸運,常輝,等.固溶溫度對TB8鈦合金組織及性能 的影響[J].金屬熱處理,2013,38(6):83-86. ZHANGLJ,WANGXY,CHANGH,etal.Effectsofsolution temperatureonmicrostructureandpropertiesofTB8titanium alloy[J].HeatTreatmentofMetals,2013,38(6):83-86.

[7] 余永水,謝蘭生,陳明和,等.陽極氧化膜厚度對 TB8鈦合金表 面特性及其粘結性能的影響[J].航空學報,2016,37(4):1393- 1400. YUYS,XIELS,CHEN M H,etal.effectsofanodicoxide film thickness on surface characterization and adhesive strength of TB8titanium alloy[J].Acta Aeronauticaet AstronauticaSinica,2016,37(4):1393-1400.

[8] 田偉紅,郭楊陽,李軒鵬,等.Ti13Nb13Zr合金離子氮化層的摩 擦磨損性能研究[J].表面技術,2015,44(5):58-61. TIAN W H,GUO Y Y,LIXP,etal.Studyonfrictionand wearpropertyofplasmanitridelayeronTi13Nb13Zralloy[J]. SurfaceTechnology,2015,44(5):58-61.

[9] DURAISELVAM M,VALARMATHIA,SHARIFFSM,et al. Laser surface nitrided Ti-6Al-4V for light weight automobilediskbrakerotorapplication [J].Wear,2014, 309:269-274.

[10] 趙斌,吳建生,孫堅,等.TiAl基合金高溫氣體滲氮[J].金 屬學報,2001,37(8):837-840. ZHAOB,WUJS,SUNJ,etal.High-temperaturegas nitridationofTiAlbasedalloys[J].ActaMetallurgicaSinica, 2001,37(8):837-840.

[11] 楊闖,劉靜,馬亞芹,等.TC4鈦合金表面低壓滲氮層的顯微 組織與耐磨性能[J].機械工程材料,2016,40(6):98-101. YANGC,LIUJ,MA Y Q,etal.Microstructureandwear resistanceoflow pressurenitridedlayeron TC4titanium alloysurface[J].MaterialsforMechanicalEngineering,2016, 40(6):98-101.

[12] YANGY,LIUJ.IntermittentvacuumgasnitridingofTB8 titaniumalloy[J].Vacuum,2019,163:52-58.

[13] 張曉偉,劉洪喜,蔣業華,等.激光原位合成 TiN/Ti3Al基復 合涂層[J].金屬學報,2011,47(8):1086-1093. ZHANGX W,LIU H X,JIANG Y H,etal.Laserinsitu synthesizedTiN/Ti3Alcompositecoatings[J].ActaMetallurgica Sinica,2011,47(8):1086-1093.


(文章來源:材料與測試網 > 期刊論文 > 機械工程材料 > 45卷 > 11期 (pp:43-46)

首頁 上一頁 下一頁 尾頁 第3頁, 共16頁

精品久久久久久无码人妻 -国产精品国三级国产av-欧美人与禽ZOZO性伦交-a片在线观看
<蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链> <文本链>