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《上海交通大学》 2007年
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等径弯角挤压法制备的钛镍基合金的摩擦学性能研究

李振华  
【摘要】: 钛镍基合金具有优良的形状记忆效应和伪弹性,在航天航空、机械、电子、化工、生物医学等领域获得了广泛的应用。随着应用领域的不断扩大,钛镍基合金的摩擦和磨损等问题越来越突出,极大地限制了其优异性能的发挥。因此,钛镍基合金的摩擦学性能研究逐渐成为摩擦学研究领域的热点之一。晶粒细化是提高钛镍基合金力学性能和摩擦学性能的有效手段。 基于微观组织是影响合金材料综合性能的关键因素,根据钛镍基合金的加工特性,本论文利用先进的等径弯角挤压技术对钛镍基合金进行热加工处理,以有效地细化钛镍基合金的微观组织,进而提高钛镍基合金的力学性能和摩擦学性能,取得了原创性的研究成果。 第一,采用高温ECAE工艺对钛镍基合金进行热加工处理,通过显微组织观察,研究了预热温度、挤压道次和退火处理对钛镍基合金显微组织的影响,确定了钛镍基合金的高温ECAE加工工艺,并且探讨了高温ECAE工艺细化钛镍基合金组织的作用机理。结果表明:钛镍基合金经过850℃第一道次挤压和750℃第二道次挤压后,形成了细长的纤维状组织;经400~600℃退火处理后,其纤维状组织得到回复,形成细小组织。 第二,从热力学角度探讨了高温ECAE工艺对钛镍基合金马氏体相转变温度和伪弹性应变回复的影响,通过示差热(DSC)分析和伪弹性分析,阐明了高温ECAE工艺对钛镍基合金马氏体相转变行为和伪弹性的作用机理。结果表明,高温ECAE工艺降低了马氏体相转变温度和提高了钛镍基合金的伪弹性;且在500℃退火时,有大量细小的Ti3Ni4相析出,强化了基体,提高了母相强度,从而提高了合金的摩擦学性能。 第三,系统地研究了钛镍基合金在干摩擦和油润滑条件下的摩擦学性能。结果表明,高温ECAE工艺大大提高了钛镍基合金的摩擦学性能,并且在相同的试验条件下,经过高温ECAE工艺处理的钛镍基合金的摩擦学性能显著优于未经过ECAE挤压处理的钛镍基合金的摩擦学性能,且经过ECAE挤压、500℃退火时的钛镍合金具有最优的摩擦学性能。 第四,研究了钛镍基合金在干摩擦和油润滑条件下的磨损机理。干摩擦时,未经过ECAE挤压处理钛镍基合金的磨损形式主要为磨粒磨损、氧化和表面疲劳磨损,经过高温ECAE工艺处理后,钛镍基合金的组织细化、伪弹性和硬度提高,其主要的磨损形式为较轻微磨粒磨损和氧化磨损。油润滑时,在摩擦副表面形成了油膜,将合金与对摩件表面隔开,润滑油带走摩擦热,减轻了对摩件对合金表面的犁削作用,阻止了合金表面氧化,其主要的磨损形式为磨粒磨损。 第五,探讨了高温ECAE工艺对钛镍基合金摩擦学性能影响的作用机理。高温ECAE工艺处理显著细化了钛镍基合金的微观组织,提高了钛镍基合金的伪弹性和显微硬度,在磨损过程中减小了塑性区域面积,增强了合金弹性变形能力,从而降低了合金的磨损;当退火温度为500℃时,钛镍合金的伪弹性和显微硬度达到了适当的平衡,从而获得最优的摩擦学性能。 本论文首次利用高温ECAE工艺对钛镍基合金进行加工处理,研究了高温ECAE工艺对于钛镍基合金微观组织和摩擦学性能的影响,并采用示差热分析和拉伸实验等手段对钛镍基合金的马氏体相转变行为和伪弹性进行了表征,系统地研究了干摩擦和油润滑条件下钛镍基合金的摩擦磨损性能,获得了其摩擦磨损性能与试验参数之间的变化规律及其磨损机理。研究结果促进了高温ECAE工艺的研究,为提高钛镍基合金性能以及促进其在工程领域的应用提供了依据。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG376;TG113.2

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