鈦合金在不同滑動速度和介質(zhì)下磨損行為和機(jī)制的研究.pdf

1、鈦合金通常被認(rèn)為具有差的摩擦學(xué)特性，使其應(yīng)用范圍受到了很大的限制。隨著鈦合金的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，對其摩擦磨損性能的研究受到越來越多的關(guān)注。目前，國內(nèi)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(zhì)條件下的摩擦磨損行為和磨損機(jī)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(jī)制及其轉(zhuǎn)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(jī)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(shí)際工業(yè)應(yīng)用價值。結(jié)果表明：TC4和TC11兩種鈦合金的摩擦磨損行為和磨損機(jī)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(zhuǎn)折，然后快速升高，在2.68m/s達(dá)到最大值，最后再次降低，在4 m/s達(dá)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(jī)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(yán)重磨損。輕微磨損和嚴(yán)重磨損在滑動速度0.5-4 m/s范圍內(nèi)交替出現(xiàn)，并發(fā)生轉(zhuǎn)變。在0.75-2.68 m/s速度范圍內(nèi)，隨著載荷增加，發(fā)生輕微-嚴(yán)重磨損轉(zhuǎn)變；而隨滑動速度從2.6

4、8m/s增加到4m/s，發(fā)生嚴(yán)重-輕微磨損轉(zhuǎn)變。后者表明鈦合金“不符合Wilson和Apas的輕微-嚴(yán)重磨損轉(zhuǎn)變的臨界溫度準(zhǔn)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(zhì)對鈦合金磨損行為和機(jī)制有著顯著影響，腐蝕和磨損之間存在明顯的相互促進(jìn)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(jī)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(zhì)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(jī)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(jī)械混合層被認(rèn)為具有保護(hù)性。輕微磨損和嚴(yán)重磨損被認(rèn)為與機(jī)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(yīng)。這與傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為的鈦合金摩擦氧化物無保護(hù)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(hù)作用。通過對前人研究成果和本研究實(shí)驗結(jié)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(jī)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(jī)制圖。隨著滑動速度增加，磨損機(jī)制分別為粘著、磨粒和氧化磨損，剝層磨損，輕微-氧化磨損，嚴(yán)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(zhuǎn)變導(dǎo)致了磨損機(jī)理發(fā)生改變，最終使得