【摘要】：針對Ti-6Al-4V合金硬度低耐磨性差的缺點,我們選擇預先對TC4合金進行840℃固溶處理,然后進行冷軋變形,最后在550℃及460℃兩個相對低的溫度下對合金進行不同保溫時間碳氮共滲處理來達到提高合金綜合性能的目的。利用金相顯微鏡、掃描電鏡(SEM)、能譜(EDS)、透射電鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)、背散射電子衍射(EBSD)對變形試樣和碳氮共滲處理試樣進行組織結(jié)構(gòu)分析。運用顯微硬度、摩擦磨損試驗測試合金的耐磨性。TC4合金經(jīng)過固溶處理和室溫冷軋后,對變形試樣進行組織分析,結(jié)果顯示:合金內(nèi)部由于固溶水冷產(chǎn)生的亞穩(wěn)定α,相和β,相進一步分解為β相,隨著變形量的增加β相含量逐漸增加,晶粒細化越來越明顯。EBSD分析0%、30%、50%變形量試樣組織,結(jié)果表明變形量越大晶粒尺寸越小,小角度晶界百分比先增大后減小,0%變形量試樣經(jīng)過水冷后內(nèi)部產(chǎn)生大量殘余應力并在晶界處產(chǎn)生位錯,隨著變形量增加內(nèi)部位錯密度不斷增加,合金織構(gòu)成分隨著變形量增大織構(gòu)類型由近似橫向織構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向織構(gòu)。經(jīng)過550℃和460℃碳氮共滲后,掃描電鏡下觀察到試樣表面沉積了白色顆粒,EDS能譜顯示表面存在碳元素和氮元素,隨著溫度、保溫時間、變形量變化表面碳氮元素含量也發(fā)生變化。觀察試樣截面并沒有發(fā)現(xiàn)明顯滲層,碳元素和氮元素從試樣表面到心部均有分布,表面氮元素和碳元素高于心部碳元素和氮元素。XRD數(shù)據(jù)顯示合金中主要形成了TiN、TiN_(0.3)、Ti_2N、CTi_(0.42)V_(1.58)、AlTi_3(C、N)_(0.6)、C及金屬間化合物。EBSD技術分析550℃保溫22h0%、30%、50%碳氮共滲試樣,與變形試樣比織構(gòu)發(fā)生了偏轉(zhuǎn),強度發(fā)生了明顯變化,原始織構(gòu)強度明顯減弱。隨著變形量增加合金晶粒尺寸比變形試樣有所減小,小角度晶界明顯減少,β鈦和TiN含量逐漸增加,在碳氮共滲過程中合金發(fā)生了回復再結(jié)晶且變形量越大再結(jié)晶程度越高。這些結(jié)果表明,相同的碳氮共滲工藝條件下材料的位錯密度越高,晶粒尺寸越小晶界越多,晶體織構(gòu)越接近于橫向織構(gòu),生成的硬質(zhì)相越多,碳氮共滲效果越好。合金經(jīng)過冷軋變形硬度在280HV-310HV之間,碳氮共滲后無論是表面硬度還是心部硬度都明顯提升,550℃保溫22h50%變形量試樣硬度提高最大,表面硬度達到了最大值為587HV,接近心部位置硬度值為445HV。摩擦磨損實驗結(jié)果顯示,相同溫度下保溫時間延長合金的摩擦系數(shù)和磨損率不斷減小,變形量增加摩擦系數(shù)和磨損率也呈現(xiàn)下降趨勢。磨損機理主要以粘著磨損和磨粒磨損為主,其中本文所分析的試樣中550℃保溫22h40%變形量試樣磨粒磨損現(xiàn)象最為明顯,說明冷變形復合低溫碳氮共滲工藝可以有效的提高TC4合金整體綜合性能。
【圖文】：

圖 1.1 (a)位錯纏結(jié)；(b)位錯墻；(c)形變帶；(d)剪切帶在變形過程中晶粒會產(chǎn)生不同取向，晶粒被拉長同時晶粒會細化。當甚至會出現(xiàn)納米晶。變形后的合金基體中可能存在的三種亞結(jié)構(gòu)：位纏結(jié)或隨機排列分布在晶粒中；亞晶及位錯胞，變形時形成的體積最過渡帶，晶粒中取向不同的區(qū)域稱為變形帶。變形時很多組滑移系被增加晶粒取向也會發(fā)生變化，這些變形帶之間區(qū)域成為過渡帶，剪切多晶體在冷軋過程中形成的剪切帶，可能穿過很多晶粒。軋后織構(gòu)的形成與表述體在加工過程中易形成擇優(yōu)取向，我們將這種晶體結(jié)構(gòu)定義為織構(gòu)。體的力學、光學等性質(zhì)方面在不同方向上出現(xiàn)各向異性。加工，軋制，拉伸及退火等均會使多晶材料產(chǎn)生織構(gòu)。冷軋變形后基度是增加的，主要的原因是本身就存在的位錯被釘扎和新形成的位錯應用到實際生產(chǎn)中，可以優(yōu)化材料的性能，能更好發(fā)揮材料在航空航

哈爾濱工程大學碩士學位論文的主要滑移系如圖 1.2 所示，，由于六方晶系的滑移系少，材料在動五個獨立滑移系。對于 α 鈦提供不了變形所需的五個滑移系，滑移或者以孿生的方式協(xié)調(diào)變形。α 鈦的滑移面主要集中在 5 個{11-21}及{2-1-12}，柱面{10-10}和基面{0001}面。滑移方向為1-20>三個方向。基面滑移的臨界分切應力較低，因此基面滑移很，錐面滑移最困難[76]。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.23;TG156.82

【參考文獻】

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本文編號：2638845