鈦合金在不同滑動速度和介質下磨損行為和機制的研究.pdf

1、鈦合金通常被認為具有差的摩擦學特性，使其應用范圍受到了很大的限制。隨著鈦合金的應用領域不斷擴展，對其摩擦磨損性能的研究受到越來越多的關注。目前，國內外對鈦合金摩擦磨損性能的研究尚不夠全面和深入。
　　本文系統(tǒng)研究了TC4和TC11兩種典型鈦合金在不同滑動速度和介質條件下的摩擦磨損行為和磨損機理，探討了鈦合金室溫下磨損行為的影響因素以及不同滑動條件下鈦合金的磨損機制及其轉變，深入研究了鈦合金摩擦層及摩擦氧化物在磨損過程中的作用及機理

2、，并通過雙滑動磨損試驗驗證了摩擦氧化物的作用。此項研究具有重要的理論意義和實際工業(yè)應用價值。結果表明：TC4和TC11兩種鈦合金的摩擦磨損行為和磨損機理隨滑動速度的變化具有共性。鈦合金的磨損率隨滑動速度升高呈現(xiàn)出顯著變化。隨著滑動速度從0.5 m/s增加至4 m/s，磨損速率先降低，在0.75 m/s發(fā)生轉折，然后快速升高，在2.68m/s達到最大值，最后再次降低，在4 m/s達到最小值。在相同滑動條件下TC4合金的磨損率均略高于TC1

3、1合金。同樣，磨損機理隨著滑動速度升高也發(fā)生顯著變化，0.75 m/s時主要為粘著磨損、磨粒磨損和氧化磨損；2.68 m/s時為金屬剝層磨損；4m/s時為輕微-氧化磨損。研究發(fā)現(xiàn)：鈦合金并不總具有較差的耐磨性，而是隨滑動條件變化呈現(xiàn)出兩種磨損狀態(tài)：輕微磨損和嚴重磨損。輕微磨損和嚴重磨損在滑動速度0.5-4 m/s范圍內交替出現(xiàn)，并發(fā)生轉變。在0.75-2.68 m/s速度范圍內，隨著載荷增加，發(fā)生輕微-嚴重磨損轉變；而隨滑動速度從2.6

4、8m/s增加到4m/s，發(fā)生嚴重-輕微磨損轉變。后者表明鈦合金“不符合Wilson和Apas的輕微-嚴重磨損轉變的臨界溫度準則”，表現(xiàn)出與其它合金不同的特殊摩擦磨損特征。環(huán)境介質對鈦合金磨損行為和機制有著顯著影響，腐蝕和磨損之間存在明顯的相互促進作用。在模擬海水中的磨損率始終最高，其次是純水中磨損率，空氣中磨損率最低。鈦合金在空氣條件下的磨損機理為粘著磨損和磨粒磨損，并伴有一定程度的氧化磨損；純水介質中為磨粒磨損；模擬海水條件下為疲勞磨

5、損和磨粒磨損。鈦合金在室溫條件下大氣環(huán)境中形成的摩擦層通?？梢苑譃閮深悾阂话闼俣认碌臋C械混合層和超高速度下的原位氧化物層。含摩擦氧化物的機械混合層被認為具有保護性。輕微磨損和嚴重磨損被認為與機械混合層中滑動誘發(fā)形成的摩擦氧化物的出現(xiàn)和消失相對應。這與傳統(tǒng)觀點認為的鈦合金摩擦氧化物無保護性不同。采用雙滑動磨損試驗驗證了室溫條件下鈦合金在4m/s速度下滑動產(chǎn)生的摩擦氧化層具有顯著的保護作用。通過對前人研究成果和本研究實驗結果的分析，初步弄清

6、了鈦合金室溫下磨損行為的影響因素，并隨著滑動速度變化將其區(qū)分為三個主要影響區(qū)：較低速度下的絕熱剪切帶（ASB）和機械混合層（MML）影響區(qū)；中等速度下的塑性變形和MML影響區(qū)；高速下的塑性變形和原位氧化層影響區(qū)。并給出了鈦合金室溫下隨滑動速度和載荷變化的磨損機制圖。隨著滑動速度增加，磨損機制分別為粘著、磨粒和氧化磨損，剝層磨損，輕微-氧化磨損，嚴重-氧化磨損以及塑性擠出磨損。不同滑動速度下磨損影響區(qū)的轉變導致了磨損機理發(fā)生改變，最終使得