研磨光整处理Ti-6 Al-4 V钛合金表面 组织及疲劳性能

通过金相显微镜等测试仪器测试Ti-6Al-4V钛合金表面组织及疲劳寿命性能,对比研磨光整处理前后Ti-6Al-4V钛合金拉伸断口形貌以及微观组织。研究结果表明:双面加工时试样硬度随外径增大而显著上升。没有研磨光整处理的Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹产生于表面区域,而经过研磨光整处理后的钛合金裂纹源转移到次表层中,裂纹源的周边组织中便不再存在类解理断裂形貌,形成的疲劳带宽度也更小。研磨处理前的钛合金具有较大的晶粒尺寸,经过研磨处理后钛合金表层的等轴晶粒被彻底击碎,转变为众多小晶粒。     

SiC_f/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应及其影响

采用扫描电镜和透射电镜研究了SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,并借助纤维顶出试验和有限元方法,分析了界面反应层厚度对界面剪切强度和残余热应力的影响.结果表明:SiCf/Ti-6Al-4V复合材料界面反应产物主要为TiC,其又分为二层,晶粒较粗大的TiC层靠近基体钛合金,晶粒细小的TiC层靠近SiC表面的碳涂层;随着反应层厚度的增加,界面抗剪强度提高,纤维和反应层内的径向残余热应力有所增大,反应层内的环向残余热应力分布有所改变.     

医用钛合金切削加工中切屑变形机理研究

在分析医用钛合金材料Ti-6Al-4V特性的基础上，首先从理论上阐明了钛合金切削加工的切屑变形机理，然后采用试验研究方法，从切屑变形系数ξ与刀具前角γ0的关系、显微组织结构特征两方面对切屑变形机理进行深入研究，发现钛合金Ti-6Al-4V高速切削时切屑变形的主要特征是集中剪切滑移；切屑变形系数ξ随刀具前角γ0的增大而减小，在保证切削刃强度的前提下，增大刀具前角可改善钛合金的切削性能；同时Ti-6Al-4V钛合金的典型（α-β）相金相组织使其成为难切削加工材料，应积极采取措施减少其给切削加工带来的不利因素。     

不同摩擦副条件下Ti-6Al-4V合金的微磨粒磨损行为

采用TE66微磨粒磨损实验机对医用Ti-6Al-4V钛合金在不同摩擦副条件下的微磨粒磨损行为进行研究,考察滑行距离、载荷对其微磨粒磨损的影响,通过观察磨斑形貌,分析其磨损机制。研究结果表明:Ti-6Al-4V合金的磨损量随滑移距离和载荷增加而增加,磨损率则相反,并且硬度较高的Si3N4陶瓷球对合金造成的磨损量和磨损率均低于ZrO2陶瓷球;在不同摩擦副条件下,随着滑行距离和载荷的增加,Ti-6Al-4V合金的磨损机制均由三体磨损转变为二三体混合磨损,所不同的是与Si3N4陶瓷球对摩时合金的混合磨损区域要少于与ZrO2陶瓷球对摩时。     

基于变弹性模量的Ti-6Al-4V板材五点弯曲回弹预测

Ti-6Al-4V钛合金材料在弯曲成形过程中会产生较大的回弹,其弹性模量对回弹影响较大,但以往研究均未考虑材料塑性应变变化过程中弹性模量的变化。以Ti-6Al-4V钛合金为对象,进行了材料的单轴拉伸实验和循环加载卸载实验,以揭示材料各向异性参数及材料弹性模量随塑性应变变化的规律,在此基础上建立了Ti-6Al-4V钛合金变弹性模量数学模型。基于YLD2000-2D屈服准则及变弹性模量和Mises各向同性两种不同的本构模型,对常温下Ti-6Al-4V钛合金板材的五点弯曲过程进行了数值模拟,为了验证数值模拟结果,进行了常温下Ti-6Al-4V板材的五点弯曲实验,结果显示,前者显著提高了Ti-6Al-4V钛合金弯曲回弹预测精度,预测精度相比后者提高了31.18%。     

钛合金Ti-6Al-4V高压冷却车削过程有限元分析

随着钛合金的广泛应用,改善其切削加工性、提高加工表面完整性的试验研究也已得到广泛重视,但对该过程的仿真分析尚不成熟。通过Deform 3D仿真软件建立有限元仿真模型,模拟钛合金Ti-6Al-4V在干切削、普通冷却及高压冷却环境下的车削过程,研究切削环境对切削力、切削温度等加工过程量的影响,获取已加工工件距离加工表面不同深度的残余应力分布,分析高压冷却对钛合金Ti-6Al-4V加工表面残余应力的影响规律。通过钛合金Ti-6Al-4V车削试验测量切削力及刀具表面切削温度,并与有限元仿真模型对比,以验证其可靠性。仿真结果表明:随着切削液压强的增加,切削力增加,刀具表面切削温度降低,高压冷却可有效增强切削液的冷却作用。干切削时,已加工表面(d2=0)为残余拉应力;随着切削液压强的增加,已加工表面残余应力状态逐渐由残余拉应力向残余压应力转变,当切削液压强为200 bar时,已加工表面残余应力为残余压应力,且此时已加工表面残余压应力为最大值。随着测量深度的增加,残余应力值增大,在所有切削试验中,最大残余压应力值均在距离已加工表面相同距离。仿真结果与试验结果的对比证明了有限元仿真模型的可靠性,为钛合金Ti-6Al-4V高压冷却加工热力耦合分析和优化设计提供了理论依据。     

硬质合金刀具高速车削钛合金的切削性能研究

采用单因素试验法,用未涂层硬质合金刀具和TiAlN涂层硬质合金刀具对Ti-6Al-4V钛合金进行了高速干车削试验,通过对切削过程中切削力、刀具寿命、切削温度以及加工表面粗糙度的分析,得出了两种刀具高速干车削钛合金的切削性能,为钛合金高速切削刀具的设计提供了试验依据。     

固态渗碳化硼对Ti-6Al-4V显微组织和性能的影响

研究了Ti-6Al-4V在800℃和1000C下固态渗碳化硼20h后的渗层显微组织以及对硬度等的影响。结果表明：渗层在表面为致密分布的化合物层，其成分主要为TiC、TiB以及TiB2等硬质相，而在基体内部则形成沿晶界分布的板条状或等轴状的颗粒扩散层；表面碳化硼处理可以显著提高Ti-6Al-4V的表面硬度，由359HV提高到了664HV，并且可以得到良好的表面硬、芯部软的硬度梯度；断口形貌分析发现材料由韧性断裂转变成脆性断裂。     

两种砂轮磨削Ti5Al4V钛合金的表面质量比较

分别用SiC、CBN两种砂轮对Ti5Al4V钛合金进行了干磨削试验,研究了在0.01,0.03,0.05mm三种磨削深度下钛合金的表面硬度、表面粗糙度和表面形貌。结果表明:随着磨削深度的增加,经SiC砂轮磨削后,Ti5Al4V钛合金表面形貌逐渐恶化,出现了磨削烧伤和磨削裂纹,次表层的硬度下降,出现了软化层;在相同的磨削深度下,CBN砂轮磨削的Ti5Al4V钛合金表面质量优于SiC砂轮磨削的,主要原因是CBN砂轮磨削时产生的磨削力小和磨削热较少。     

聚氨酯增韧改性环氧树脂粘接SiC颗粒耐磨涂层的耐冲蚀性能

通过改变增韧剂聚氨酯(PU)的加入量,研究了聚氨酯改性环氧树脂粘接SiC颗粒耐磨涂层的粘接强度和耐冲蚀磨损性能。结果表明:加入适量的PU可有效改善环氧树脂胶体的粘接性能,PU加入量(质量分数)为15%时,改性环氧树脂粘接SiC颗粒耐磨涂层的粘接强度最高;涂层的耐冲蚀性能则随冲蚀角度的不同而变化,在大角度冲蚀时,PU加入量30%～35%的耐冲蚀性能最好,而小角度冲蚀时,PU加入量5%～15%的耐冲蚀性能最好;无论大角度还是小角度其耐冲蚀磨损性能都好于相同试验条件下白口铸铁的耐冲蚀性能。     

应力比和残余应力对Ti-6Al-4V高周疲劳断裂模式的影响

对钛合金Ti-6Al-4V进行室温空气环境下的高周疲劳试验,研究消应力和未消应力试样在多个应力比下的疲劳强度,分析和检测表面残余应力在不同应力比和载荷水平下随循环次数而松弛情况,探讨表面残余应力随循环次数而松弛的规律以及残余应力和应力比对Ti-6Al-4V疲劳强度影响的机理。结果表明,随着应力比的提高,残余压应力对Ti-6Al-4V疲劳强度的提升影响逐步减小并消失;与消除残余应力后疲劳破坏源于表面相比,表面残余压应力使得低应力比下疲劳源于内部;当应力比R=-1.0时,疲劳循环导致表面残余压应力松弛且保持稳定,其产生的表面裂纹闭合是疲劳强度提高的主要机制;当R=-0.6~0.1时,未见疲劳循环导致表面残余应力松弛,由于表面层的平均应力减小使得疲劳破坏主要为内部缺陷和局部应力集中控制。     

超声表面滚压加工对Ti-6Al-4V合金显微组织及表面完整性的影响

采用"回"字形加工路径对退火态Ti-6Al-4V合金进行超声表面滚压加工(USRP),使用光学显微镜、透射电镜、显微维氏硬度计、X射线残余应力分析仪、表面三维形貌仪等设备对USRP后合金的显微组织和表面完整性进行表征。结果表明:USRP后Ti-6Al-4V合金表面形成了厚度约300μm的塑性变形层,塑性变形层的表面为等轴纳米晶层,次表面为晶粒取向一致的长条状纳米片晶层;USRP后Ti-6Al-4V合金的显微硬度最高达到390 HV,表面粗糙度由0.76μm减小为0.23μm。随着距表面距离的增大,合金的残余压应力先增大后减小。     

钛材上火焰喷焊Ni-WC耐磨涂层的组织和性能

研究了在钛合金Ti-6Al-4V表面上采用火焰喷焊技术制备镍基碳化钨型自熔性合金涂层的可行性，利用SEM、XRD等手段分析了它的组织和性能。结果表明：采用火焰喷焊技术在钛合金表面上获得了功能梯度涂层，Ni-WC涂层为韧基体＋硬质相的耐磨组织，涂层和过渡层之间形成了韧性镍基合金层，在涂层、过渡层和基体之间形成了牢固的冶金结合，涂层的组织和显微硬度沿层深方向呈连续性和渐变性，喷焊表层中WC起到了主要的抗磨作用，涂层磨损失重仅为未喷焊钛合金的1／10。     

N80油套管钢在质量分数3.5%NaCl溶液中的冲蚀行为

采用失重法和电化学测试研究了N80油套管钢在质量分数为3.5%NaCl溶液中的冲蚀行为。结果表明:N80钢的质量损失速率随搅拌转速增加先保持不变再增大;相同时间冲蚀时N80钢的自腐蚀电流密度明显大于浸泡腐蚀时的;自腐蚀电流密度随浸泡时间的延长而增大,随冲蚀时间的延长先增大后减小,随溶氧量的增加而增大;冲蚀初期流体对N80钢的腐蚀作用占主导,中后期则以流体的冲击作用为主;随冲蚀时间延长,N80钢表面腐蚀产物增加,腐蚀坑边缘塑性变形程度增大,形状由圆形逐渐变为椭圆形,腐蚀速率减小;冲蚀1 h后的N80钢表面硬度低于未冲蚀的,冲蚀2 h后,N80钢表面由于形成硬化层,硬度高于未冲蚀的。     

高强度螺栓高温条件下预紧力松弛的有限元模拟

为了研究高温条件下高强度螺栓预紧力的松弛特性,螺栓材料分别选用40Cr合金钢和Ti-6Al-4V钛合金。应用ABAQUS有限元软件建立装配体模型,定义了材料的本构模型和装配体各部件之间的接触,分析了常温预紧力状态下及高温条件下螺栓的受力及变形。分析结果表明,在高温条件下,Ti-6Al-4V钛合金预紧力松弛现象明显好于40Cr合金钢,Ti-6Al-4V钛合金高强度螺栓比40Cr合金钢螺栓拥有更高的强度和更好的延展性。得出的结论可为高温条件下高强度螺栓的材料选用提供理论依据。     

钛合金表面的热氧化层工艺及性能

用热氧化后真空扩散处理工艺在Ti-6Al-4V合金表面制备了与基体结合良好的硬化层，并在空气和真空条件下分别进行了摩擦磨损试验。结果表明，硬化层由表面氧化物薄层和氧扩散区组成。经790℃真空扩散后，表面氧化层中的部分TiO2发生了分解，在表面与基体之间沿层深方向产生了一定的硬度梯度。热氧化后进行真空扩散的工艺可有效地降低Ti-6Al-4V合金与GCr15钢在空气和真空中的干摩擦系数，提高Ti～6Al-4V合金在空气和真空中的磨损抗力。     

磁力搅拌混粉电火花加工Ti-6Al-4V表面改性

为实现Ti-6Al-4V的表面改性,利用磁力搅拌混粉电火花技术在不同电参数下,用紫铜电极对Ti-6Al-4V钛合金材料在混粉工作介质中进行了负极性加工。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪等对材料强化层的成分、表面形貌及组织结构进行分析;用FM800型显微硬度计测试断面不同位置处的显微硬度值。分析了脉冲宽度和峰值电流等因素对表面强化层的形成的影响规律。结果表明,磁力搅拌混粉电火花加工使得工件表面质量得以提高,工件表面形成了两种硬质合金相Ti C和Ti N,使得材料表面的硬度提高到基体材料的两倍。在不同脉冲能量条件下对混粉电火花加工的表面形貌进行了比较,当脉冲能量大时,放电凹坑越大且凹坑周围出现熔融状物质,表面质量变差。当脉冲能量较小时放电凹坑较小表面质量较好。     

TC4钛合金单道激光熔覆的工艺研究

为了得到TC4(Ti-6Al-4V)钛合金单道激光熔覆的最佳工艺参数组合,在TC4钛合金表面熔覆Ni60A粉末。采用IPG光纤激光器和同轴送粉系统进行激光熔覆实验,找出激光功率、送粉电压和扫描速度对熔覆层外观几何尺寸的影响规律以及对表面硬度、显微硬度和微观组织质量的影响,通过相互分析对比,找到一组最佳的工艺参数组合。当激光功率500W、送粉电压12V、扫描速度2mm/s时,得到的单道熔覆层外观形貌平整,表面硬度和显微硬度最高,并实现了良好的冶金结合。     

激光熔覆Ni基WC合金的固体粒子冲蚀磨损研究

采用激光熔覆技术,在45#钢表面制备Ni基WC合金涂层,利用扫描电镜分析了熔敷层的微观组织,利用显微硬度计、固体粒子冲蚀磨损实验机对涂层的性能进行了测试研究.结果表明:随Co-WC质量分数的增加,试样的硬度逐渐增大,其冲蚀抗力增大,当质量分数超过一定数值后冲蚀抗力减小.质量分数为40%的Co-WC复合涂层有良好的冲蚀抵抗力.     

置氢Ti-6Al-4V合金组织演变及其对切屑形成的影响

利用金相显微镜、X射线衍射仪和SEM对置氢Ti-6Al-4V合金材料微观组织及切屑形貌进行了观察分析,通过室温压缩实验测试置氢钛合金力学性能,探讨了置氢Ti-6Al-4V组织、力学性能与切屑形态之间的联系,研究了置氢Ti-6Al-4V合金组织演变及其对切屑形成的影响.结果表明:氢含量为0.6wt%时,钛合金置氢炉冷后组...