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氢、氮化和热氧化对钛合金性能影响的研究

张云琨  
【摘要】:钛合金由于其比重小、比强度高和耐腐蚀性能好等优点,在航天航空和军事领域应用越来越广泛。本文研究氢对钛合金显微组织和机械性能的影响及热氧化、氮化对钛合金的表面强化作用,对于钛合金在航空航天领域的应用具有理论和实际意义,扩展了钛合金的应用范围,也对具体制定钛合金加工和热处理工艺具有指导作用。 本文主要包括下面三方面的工作: (1) 采用人工充氢的方法,研究氢对钛合金的组织结构、力学性能和摩擦磨损性能的影响规律及氢的作用机理; (2) 采用氨气、氨气-氧气和纯氮气为气源进行钛合金离子氮化,研究氮化层的组织结构、硬度分布和摩擦磨损性能及不同气源的氮化机理。 (3) 研究钛合金的热氧化/真空扩散处理层的硬度、组织结构和摩擦磨损性能及形成机理。 第一部分的研究表明:氢对TC4 和TA2 的金相组织、硬度、抗拉强度(σb)、断面收缩率(ψ)及冲击韧性(αk)都有影响。随着冷热循环次数的增加,含氢TC4 钛合金抗拉强度上升,断面收缩率和冲击韧性下降。 第二部分的研究表明:以氨气、氨气-氧气和纯氮气为气源都获得了离子氮化层。以纯氮气为气源的离子氮化可以避免氮化层中氢含量的增加。 第三部分的研究表明:利用热氧化/真空扩散的方法, 850℃氧化60min +24h 真空扩散处理获得了Hv680, 厚度180μm 的硬化层,具有最好的耐磨性能。


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