钛合金离子渗氮后的组织及耐磨性能.pdf

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1、第４１卷第４期Ｖｏｌ畅４１Ｎｏ畅４２０１６年４月ＨＥＡＴＴＲＥＡＴＭＥＮＴＯＦＭＥＴＡＬＳＡｐｒｉｌ２０１６钛合金离子渗氮后的组织及耐磨性能贺瑞军，孙枫，王琳，佟小军（中国航空工业集团公司北京航空材料研究院，北京１０００９５）摘要：对ＴＣ４及ＴＡ７钛合金分别在９００℃进行离子渗氮工艺试验，借助于ＳＥＭ、ＸＲＤ等分析了渗层组织，测量了渗氮层显微硬度及渗氮深度，测试了渗氮层的耐磨性能。结果表明，钛合金离子渗氮可形成化合物层＋扩散层的典型渗氮层，总渗氮深度可达１００μｍ以上，渗氮层表面硬度达１２００ＨＶ０．１以上。ＴＣ４钛合金８５０℃

2、渗氮１６ｈ后，耐磨性能与基体相比显著提高。关键词：钛合金；离子渗氮；组织；耐磨性能＋中图分类号：TG156．82文献标志码：A文章编号：0254-6051（2016）04-0025-05Microstructureandwearresistanceofion-nitridedtitaniumalloyＨｅＲｕｉｊｕｎ，ＳｕｎＦｅｎｇ，ＷａｎｇＬｉｎ，ＴｏｎｇＸｉａｏｊｕｎ（ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ，ＡｖｉａｔｉｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ，Ｂｅｉｊ

3、ｉｎｇ１０００９５，Ｃｈｉｎａ）Abstract：ＩｏｎｎｉｔｒｉｄｉｎｇｔｅｓｔｏｆＴＣ４ａｎｄＴＡ７ａｌｌｏｙｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｔ９００℃．ＴｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｎｉｔｒｉｄｅｄｌａｙｅｒｗａｓｅｘａｍｉｎｅｄｂｙＳＥＭａｎｄＸＲＤ．Ｔｈｅｍｉｃｒｏｈａｒｄｎｅｓｓａｎｄｔｈｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｎｉｔｒｉｄｅｄｌａｙｅｒｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈｅｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｎｉｔｒｉｄｅｄｌａｙｅｒｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏ

4、ｗｔｈａｔａｏｂｔａｉｎｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｎｉｔｒｉｄｅｄｌａｙｅｒｃｏｎｓｉｓｔｅｄｏｆｃｏｍｐｏｕｎｄｌａｙｅｒａｎｄｄｉｆｆｕｓｅｄｌａｙｅｒ，ｗｉｔｈｔｏｔａｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｂｏｕｔ１００μｍａｎｄｓｕｒｆａｃｅｈａｒｄｎｅｓｓａｂｏｕｔ１２００ＨＶ０．１．Ｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｉｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄａｆｔｅｒｎｉｔｒｉｄｉｎｇａｔ８５０℃ｆｏｒ１６ｈ．Keywords：ｔｉｔａｎｉｕｍａｌｌｏｙ；ｉｏｎｎｉｔｒｉｄｉｎｇ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｗｅａｒｒｅ

5、ｓｉｓｔａｎｃｅ钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、高温强目前国际上钛合金离子渗氮的研究主要集中在美国［１-６］度高和较好的蠕变抗力和抗氧化性等优点，在先进飞和欧洲国家，研究表明，当温度为８００～９００℃时可在机及发动机上的应用越来越广泛。但是钛合金缺点和较短的时间内（０．５～２０ｈ）实现ＴＣ４钛合金渗氮，表其优点一样明显，由于钛合金硬度低，摩擦因数高，耐面硬度可达８００～１２００ＨＶ，表面化合物层厚度可达磨性差，黏着磨损严重，对微动损伤敏感，限制了其在１０μｍ，渗氮扩散层深可达６０μｍ以上。但是由于钛航空领域的应用（特别是作

6、为转动部件或存在微动磨合金的热处理属于核心技术，通常都处于保密状态，因损行为的部件）。将钛合金用于航空发动机轴、叶片此该技术特别是航空钛合金离子渗氮的应用信息无法等关键构件，就必须要开展相关材料及制件的热处理获得。国内虽然对钛合金离子渗氮技术进行了工艺探［７-９］和表层硬化技术研究，赋予其关键服役性能，帮助解决索，对工艺方法、渗层深度及组织进行了研究，然可靠性低、服役寿命短和结构重量大等问题。而尚未有系统深入的研究结果。同时受制于设备，国钛合金表层适于采用渗氮硬化工艺。目前钛合金内钛合金离子渗氮工程化研究平台落后，制约了钛合渗氮

7、技术主要包括离子渗氮、气体渗氮和激光渗氮。金渗氮技术的发展。其中钛合金离子渗氮技术由于表面的离子轰击效应，活性高、渗速快，更容易达到较深的渗层。且处理后的１试验材料与方法渗层组织与基体不存在结合力问题，无后续加工及渗1．1试验材料层缺陷问题，表面状态完整，表层为压应力状态，可显钛合金离子渗氮试验设备为自制的小型离子渗氮著改善摩擦磨损和微动疲劳性能。因此用真空设备进炉，该设备最高渗氮温度９５０℃，有效渗氮空间尺寸约行离子渗氮将是未来航空钛合金表层硬化（特别是针为矱１５０ｍｍ×１８０ｍｍ。对存在微动磨损失效行为的服役条件下）的较理想

8、工试验材料选择典型的退火态ＴＣ４（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）钛合艺技术。金及ＴＡ７钛合金，其化学成分如表１所示。两种钛合金组织都是典型α等轴晶＋β转变组织，见图１。收稿日期：２０１５-１２-３０1．2试验方法作者简介：贺瑞军（１９８２—），男，工程师，博士，主要从事金属热