TC4鈦合金低溫固體粉末滲硼的研究.pdf

1、TC4鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度高、耐蝕性能好、無磁等一系列特性而成為用途最廣泛的鈦合金。然而鈦合金的硬度低，耐磨性能差，限制了它更廣泛的應(yīng)用。目前，滲硼作為一種簡(jiǎn)單有效的表面改性方法，已成功應(yīng)用在改善鈦合金的耐磨性上。但是現(xiàn)有的TC4合金固體粉末滲硼技術(shù)大多在1000～1200℃進(jìn)行，超過了TC4合金的相變溫度，晶格變化較大，工件變形量大，滲硼層較脆。
　　本文對(duì)TC4合金低溫固體粉末滲硼和低溫稀土-硼共滲的滲層形貌、組織結(jié)構(gòu)、添

2、加稀土元素對(duì)滲層的影響和稀土的催滲機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并同高溫稀土-硼共滲的滲層形貌、性能及基體組織變化進(jìn)行對(duì)比研究，探討了滲硼過程中鈦基體α和β相的轉(zhuǎn)變。
　　(1)研究了低溫下固體粉末滲硼法形成硬質(zhì)的硼鈦層來改善TC4鈦合金的表面性能，借助于金相顯微鏡、X射線衍射儀、顯微硬度計(jì)和摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備對(duì)滲硼層的表面形貌、組織結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了分析。通過觀察分析滲層的顯微組織結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)滲層由表層的硼鈦化物層和過渡層構(gòu)成，晶須與基體

3、結(jié)合緊密，并用熱力學(xué)原理驗(yàn)證了雙相硼鈦物的形成。在950℃下分別滲硼5～40h后，滲層厚度范圍為5.3～15.4μm。硼鈦化物層顯微硬度值的變化范圍為2500HV0.05～1250HV0.05，比基體的硬度值(360HV0.05～390HV0.05)提高了5倍左右。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明滲層的摩擦系數(shù)范圍為0.2～0.3，過渡區(qū)的摩擦系數(shù)上升到0.4，均低于基體的摩擦系數(shù)，其耐磨性顯著增強(qiáng)。
　　(2)對(duì)TC4鈦合金進(jìn)行低溫稀土-硼

4、共滲研究。確定最佳稀土加入量，考察了稀土對(duì)滲層的形貌的影響。通過SEM檢測(cè)，滲層由表及里的順序?yàn)門iB2層→TiB晶須→過渡層。對(duì)單滲硼和稀土-硼共滲處理后滲層的硬度、耐磨性進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果表明稀土的最佳含量為5％，加入稀土后滲硼層層深加大，而且滲層的顯微硬度值比單滲硼的硬度值約提高25％，范圍為3100HV0.05～1750HV0.05，滲層摩擦系數(shù)為0.2～0.3，耐磨性有較大地改善。
　　(3)對(duì)稀土的催滲機(jī)理進(jìn)行了探討

5、，表明稀土特有的電子結(jié)構(gòu)在滲硼中能縮短周期，降低熱處理溫度。稀土元素可形成活性原子，依據(jù)“雙空位”和“短程擴(kuò)散”機(jī)理完成向內(nèi)的擴(kuò)散。稀土的催滲作用則是“活性中心-表面效應(yīng)”機(jī)理和“點(diǎn)陣畸變-氣團(tuán)通道”機(jī)理共同作用的結(jié)果。
　　(4)同高溫共滲相比，低溫滲硼層致密均勻無孔洞，而且硬度梯度和脆性得到進(jìn)一步改善，耐磨性能良好。低溫共滲后TC4基體為等軸組織，綜合性能好，有效地防止了高溫時(shí)β相粗晶的形成。
　　(5)對(duì)TC4合金慢冷