冷變形TC4等離子體滲氮同時時效組織演變及耐磨性能研究.pdf

1、鈦合金 TC4(Ti-6A1-4V)作為重要的工程合金材料具有密度低、比強度高、耐腐蝕性和生物相容性好等優(yōu)點，被廣泛應用于航空、汽車、化工和生物醫(yī)學行業(yè)。但是 TC4較差的摩擦學性能限制了其在發(fā)動機閥門、渦輪增壓器等領域的應用。本文采用了脈沖等離子體滲氮技術對變形 TC4進行了處理，利用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、X射線衍射儀、維氏顯微硬度儀和摩擦磨損試驗機等手段對變形TC4的組織性能進行了分析。
　　實驗結(jié)果顯示，預處理的TC4

2、鈦合金試樣經(jīng)過滲氮之后表面無規(guī)律的分布著許多突凸起的白色顆粒，由能譜分析得出，這種白色顆粒為TiN和Ti2N陶瓷顆粒。通過掃描電子顯微鏡對滲氮截面進行觀察發(fā)現(xiàn)，試樣基體組織有第二相析出且彌散分布，邊緣為清晰亮白色滲氮層，能譜結(jié)果顯示氮含量呈梯度分布，由表層向心部遞減；540℃滲氮后硬度顯著提高，硬度值比來料態(tài) TC4提高大約300HV，比同等溫度時效處理的試樣硬度高140HV左右。隨著滲氮溫度的升高、滲氮時間的延長、變形量的增大，變形的

3、TC4合金滲氮表面的陶瓷顆粒長大，并且聚集粗化，硬度總體上呈現(xiàn)上升趨勢。在540℃下,滲氮8h后滲層厚度可達到3.52μm，在滲氮22h后滲層厚度為1.7μm。對于540℃下滲氮8h的試樣，10％變形量試樣的滲氮層厚度約為3.52μm，30%變形量的滲氮層厚度為3.55μm，50%變形量的滲層厚度為3.6μm。TC4在540℃滲氮后，其摩擦系數(shù)減小和磨損率降低。
　　研究結(jié)果表明，與400℃滲氮溫度相比，540℃滲氮層增厚約2.5

4、倍，TC4鈦合金在540℃滲氮，表面生成了高硬質(zhì)氮化物相 TiN、Ti2N、Ti3N2-X、Ti4N3-X以及固溶體 TiN0.26、TiN0.3，導致硬度增大。在540℃滲氮，隨著滲氮時間的延長，表面組織結(jié)構粗化，表面硬度升高；隨著滲氮時間的延長，滲層先變厚再變薄的原因是等離子體對試樣不斷的濺射作用導致的；隨著變形量的增大，滲氮層厚度增大幅度不明顯。滲層的摩擦系數(shù)比同等溫度下時效8h的摩擦系數(shù)小約0.1，體積磨損率為約減少為時效磨損率