熱氧化TC4的制備及其力學(xué)性能研究.pdf

1、鈦及鈦合金因密度小、比強(qiáng)度高、良好的耐蝕性和優(yōu)異的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。但由于其導(dǎo)熱系數(shù)小、表面承載能力低、摩擦系數(shù)大、易發(fā)生粘著磨損以及耐腐蝕性差等缺點(diǎn)限制了應(yīng)用范圍。已有研究表明，表面改性技術(shù)能夠有效提高鈦合金的表面性能。
　　本文選取700℃、10h熱氧化處理工藝在TC4鈦合金表面制備了氧化層，并初步分析其成分、硬度、耐磨性及耐蝕性。借助準(zhǔn)靜態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)、納米壓入實(shí)驗(yàn)與分離式Hopkinson壓桿壓縮實(shí)驗(yàn)，研

2、究其靜動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。通過處理獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，擬合室溫下熱氧化TC4的Johnson-Cook本構(gòu)方程和雙線性彈塑性模型。利用ANSYS/LS-DYNA對(duì)沖擊過程進(jìn)行模擬，結(jié)合斷裂形貌分析其斷裂機(jī)理以及氧化層對(duì)材料在沖擊變形過程中的影響。此外，針對(duì)不同熱氧化溫度（600-750℃）處理10h，700℃不同熱氧化時(shí)間（10-50h）對(duì)TC4靜動(dòng)態(tài)力學(xué)性能影響，本文也做了相關(guān)研究。主要研究成果如下：
　　1）700℃、10h熱氧化處理后

3、，在TC4鈦合金表面形成一層由金紅石型TiO2構(gòu)成的氧化膜，使得試樣表面顏色由銀白色變成灰褐色，顯微硬度從300HV0.05提高到600HV0.05，氧化膜的存在提高材料表面的耐摩擦磨損性，并延緩了材料的腐蝕。
　　2）700℃、10h熱氧化處理后TC4鈦合金的表面硬度和彈性模量得到提高，室溫、準(zhǔn)靜態(tài)下的應(yīng)變強(qiáng)化率和屈服強(qiáng)度也得到了提高。
　　3）TC4基材和經(jīng)700℃、10h熱氧化處理的TC4的應(yīng)變率敏感性都比較低；700

4、℃、10h熱氧化TC4的動(dòng)態(tài)應(yīng)變硬化效應(yīng)增大；700℃、10h氧化后TC4的沖擊塑性在低應(yīng)變率下得到提高，并隨著應(yīng)變率的增大，有著逐漸減弱并變差的趨勢。
　　4）不同工藝條件下熱氧化處理對(duì)準(zhǔn)靜態(tài)下材料的屈服強(qiáng)度和應(yīng)變強(qiáng)化率有一定的影響。綜合分析，700℃、10h熱氧化處理后TC4鈦合金具有最佳的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能。
　　5）不同工藝條件下熱氧化處理沒有影響材料的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度，提高了材料的動(dòng)態(tài)流變應(yīng)力，改變了材料的沖擊塑性。綜合屈