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Ti6Al4V和工业纯钛表面纳米化与性能研究

邱诗龙  
【摘要】:纳米材料结构的特殊性使其在机械、物理和化学性能等方面具有明显不同于常规材料的优异性能。材料的失稳多始于表面,所以只要在材料上制备出一定厚度的纳米结构表层,即实现表面纳米化,就可以通过表面组织和性能的优化提高材料的整体性能和服役行为。因此,表面纳米化是纳米材料领域最有实际应用前景的技术之一。 本研究采用工业上常用的抛丸机,通过适当改进设备及调整工艺参数,实现了工业纯钛和Ti6A14V的高能喷丸表面纳米化。通过X-射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等,对高能喷丸表面纳米化后Ti6A14V样品的微观组织进行了分析,结果得出,表面纳米化后表层的晶粒尺寸为20nm左右,组织中α和β两相的纳米化进程中,先是α相的纳米化,β相需要更大的能量和更长的时间才能实现其纳米化。 对表面纳米化后的工业纯钛进行了热稳定性研究,结果表明,经过高能喷丸处理所获得的表层纳米晶在450℃开始明显长大,退火温度再升高,晶粒进一步长大。但即使在500℃退火,表层晶粒也比心部原始晶粒细小。 用工业纯钛研究了高能喷丸表面纳米化对疲劳性能的影响,从显微组织、硬度、残余应力和疲劳断口等方面对比分析了高能喷丸和普通喷丸提高工业纯钛疲劳性能的效果,试验结果表明,高能喷丸和普通喷丸处理都能提高工业纯钛的疲劳性能,高能喷丸处理可以使疲劳强度提高12%,普通喷丸处理后提高的幅度为18%。经疲劳断口分析发现,高能喷丸样品疲劳源处存在一定程度的机械损伤,因此高能喷丸表面纳米化比普通喷丸处理后材料的疲劳强度没有进一步提高。


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