【摘要】：TD3合金是一種中等Nb含量的Ti_3Al基合金,作為比重小、耐高溫結(jié)構(gòu)材料,受到了航空航天工業(yè)的關(guān)注,目前對TD3合金的研究大多集中在其微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能方面,對其摩擦磨損性能的研究很少報道。本文研究TD3合金在不同載荷、滑動速度條件下的摩擦系數(shù)、磨痕表面形貌及磨損量的變化規(guī)律,對TD3合金摩擦磨損機(jī)理進(jìn)行初步的探究。為了進(jìn)一步改善TD3合金的摩擦磨損性能,采用熱氧化技術(shù)、離子氮化技術(shù)在TD3合金分別表面制備兩種改性層,利用光學(xué)金相顯微鏡(OA)、掃描電子顯微鏡(SEM)、能譜分析儀(EDS)、X射線衍射(XRD)及顯微硬度計分別對兩種改性層的形貌、成份、物相結(jié)構(gòu)及硬度進(jìn)行測試分析。結(jié)果表明TD3合金熱氧化后的表面形成含TiO_2、Al2O3的致密均勻的氧化層,厚度達(dá)7μm,其表層硬度可達(dá)638HV;TD3合金離子氮化后的表面形成含有TiN、Ti2N的滲氮層,滲氮層由化合物層和過渡層組成,厚度可達(dá)80μm,滲層硬度可達(dá)1190HV,為基材硬度的3倍以上。使用往復(fù)式摩擦磨損試驗機(jī)研究不同載荷、滑動速度條件下TD3合金熱氧化后及離子氮化后摩擦系數(shù)隨時間的變化,利用SEM、EDS、白光干涉3D輪廓儀等儀器對磨痕形貌、尺寸及成份進(jìn)行測量分析。實驗結(jié)果表明,與TD3合金相比,同實驗條件下TD3合金熱氧化后平均摩擦系數(shù)可降低50%,載荷100g時體積磨損量減小0.197,氧化層起到了較好的減磨效果;滲氮后的TD3在不同載荷下的摩擦系數(shù)、磨損量均減小,100g載荷下的磨損量減小50%以上。TD3合金滲氮后摩擦磨損學(xué)性能得到改善。
[Abstract]:TD3 alloy is a kind of Ti_3Al base alloy with medium Nb content. As a kind of low specific gravity and high temperature resistant structural material, TD3 alloy has been paid much attention by aerospace industry. At present, most of the researches on TD3 alloy focus on its microstructure and mechanical properties. The study of friction and wear properties is seldom reported. In this paper, the friction coefficient, surface morphology and wear quantity of TD3 alloy under different load and sliding speed are studied. The friction and wear mechanism of TD3 alloy is studied. In order to further improve the friction and wear properties of TD3 alloy, two kinds of modified layers were prepared on the surface of TD3 alloy by thermal oxidation technique and ion nitriding technique. Optical metallographic microscope (OA),) scanning electron microscope (SEM),) was used to improve the friction and wear properties of TD3 alloy. The morphology, composition, phase structure and hardness of the two modified layers were measured and analyzed by (EDS), X ray diffraction (XRD) and microhardness tester respectively. The results show that a dense and uniform oxidation layer containing TiO_2,Al2O3 is formed on the surface of TD3 alloy after thermal oxidation. The thickness is 7 渭 m, and the hardness of the surface layer can reach 638 HV; The nitriding layer containing TiN,Ti2N is formed on the surface of TD3 alloy after ion nitriding. The nitriding layer is composed of compound layer and transition layer. The thickness of nitriding layer is up to 80 渭 m, and the hardness of the nitriding layer can reach 1190HVV, which is more than three times of the hardness of substrate. A reciprocating friction and wear tester was used to study the variation of friction coefficient with time after thermal oxidation and ion nitriding of TD3 alloy under different load and sliding speed. The wear marks were observed by means of SEM,EDS, white light interference 3D profilometer. Dimensions and components are measured and analyzed. The experimental results show that compared with TD3 alloy, the average friction coefficient of TD3 alloy after thermal oxidation can be reduced by 50 and the volume wear of TD3 alloy can be reduced by 0.197 when the load is 100 g. The oxidation layer has a better effect on reducing wear. The friction coefficient and wear amount of nitrided TD3 are all decreased under different loads, and the wear amount of TD3 alloy is reduced by more than 50% under 100g load. The friction and wear properties of TD3 alloy are improved after nitriding.
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG174.4

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