钛合金高温模锻用防护润滑剂的研究与应用

论文摘要

钛合金因其优异的性能在军事和工业生产中得到了广泛的应用,其中80%的锻件是由模锻工艺提供的,尤其是大型锻件的加工成型。在高温模锻加工时,高温下钛合金易于氧化和渗气,使合金表面硬化,塑性变差,除去氧化皮后,造成了大量的资源浪费;而且高温加剧了模具与变形金属接触面间的相互作用,使摩擦系数提高,锻件难于脱模,进而导致锻件质量差,模具寿命短。因此,解决钛合金高温模锻时的氧化和润滑问题至关重要。目前,国内外已研制了多种涂层用于钛合金的高温防氧化,但存在的普遍问题就是涂层的防护温度区间较窄。传统的模锻工艺用润滑剂,因高温下易于氧化或碳化,也不能满足高温模锻的要求。本文研制的玻璃防护润滑剂,采用软化温度高低不同的两种硼硅酸盐复合玻璃粉,通过与有机粘结剂的衔接防护,解决了涂层防护温度区间过窄的难题,同时玻璃粉在高温熔融后还具有较好的润滑作用,玻璃因导热系数较低,也具有一定的保温作用,对于对变形温度敏感的钛合金来说,减少坯料出炉至锻造成形过程中的降温也至关重要,对其成形率及提高设备能量的利用率有重要意义。本实验通过高温熔融烧结法制备硼硅酸盐玻璃粉,其中以SiO2和B2O3为玻璃形成体,碱性氧化物Na2O、K2O和Li2O等低熔点氧化物为助熔剂,Al2O3、CaO、BaO作为稳定剂,摒弃了低熔玻璃粉中有毒的易熔PbO。所制备的玻璃防护润滑剂具有无毒、无黑色污染,涂覆方法简单易行等优点。对防护润滑剂防护性能的考察主要是通过对比有无涂层保护的钛合金在高温下的氧化行为来表征的。将两种试样置于马沸炉内在600℃、700℃、800℃和900℃下分别保温1h后,对比两种试样在不同温度下的氧化情况;还考察了900℃下随着保温时间的增加两中试样的氧化行为。借助金相显微镜观察试样断面的氧化层厚度;测试从两种钛合金试样从表面到中心的显微硬度变化情况,进一步验证防护效果;最后经过环境扫描电镜的线扫描能谱,对比分析二者的氧含量及其他元素的扩散情况。通过高温摩擦磨损试验测试使用润滑剂后的摩擦系数,并对比没有防护润滑剂的摩擦系数结果。可以说明起到了一定的润滑效果。结果表明:在大气环境中,本实验制备的玻璃防护润滑剂可以在600℃～900℃的温度区间内为钛合金提供良好的防护润滑效果,在600℃下具有较好的润滑效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钛合金热加工中防氧化和润滑材料的使用
• 1.3 玻璃防护润滑剂的研究概况
• 1.4 用于钛合金模锻的玻璃防护润滑剂的分类
• 1.5 选题背景及意义
• 1.6 本论文研究的主要目的及内容
• 2 玻璃防护润滑剂防护润滑机理及设计原则
• 2.1 引言
• 2.2 防护润滑机理
• 2.3 玻璃防护润滑剂设计原则及要求
• 2.4 粘结剂及溶剂的选择
• 2.5 本章小结
• 3 玻璃防护润滑剂配方的选择与实验制备
• 3.1 引言
• 3.2 玻璃粉组分的选择
• 3.3 实验制备过程
• 3.4 玻璃粉成分及防护润滑浆料配比的确定
• 3.5 防护润滑剂制备过程中影响因素的讨论
• 3.6 本章小结
• 4 玻璃防护润滑剂防氧化和润滑性能的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.3 防护润滑剂的防氧化性能评价
• 4.4 玻璃防护润滑剂的润滑性能研究
• 4.5 本章小结
• 5 全文总结与展望
• 5.1 本课题总结与主要结论
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录