论文题目: 氢、氮化和热氧化对钛合金性能影响的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及自动化
作者: 张云琨
导师: 郭劲
关键词: 钛合金,氢化物,离子氮化,热氧化,真空扩散
文献来源: 中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）
发表年度: 2005
论文摘要: 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。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 钛及钛合金简介和应用
1.2 氢在钛合金中的存在状态
1.2.1 钛-氢相图分析
1.2.2 氢对钛合金相变的影响
1.2.3 氢在钛合金中的存在特点
1.3 钛合金中氢的作用方式
1.3.1 氢脆的概念
1.3.2 氢脆的形成机理
1.3.2.1 高压氢气理论
1.3.2.2 晶格脆性理论
1.3.2.3 氢与位错的交互作用
1.3.2.4 氢在钛合金中的运动过程
1.3.3 钛合金氢脆的影响因素
1.3.3.1 合金元素对钛合金氢脆的影响
1.3.3.2 应力对钛合金氢脆的影响
1.3.3.3 温度对钛合金氢脆的影响
1.3.3.4 变形速率对钛合金氢脆的影响
1.3.3.5 钛合金加工方式对钛合金氢脆的影响
1.3.4 氢对钛合金机械性能的影响
1.4 热氢技术及其应用
1.4.1 铸造钛合金的晶粒细化
1.4.2 钛合金的扩散加工及残钛处理
1.4.3 氢对切削加工的影响
1.4.4 钛基复合材料
1.5 钛合金离子氮化的原理及应用
1.6 钛合金热氧化/真空扩散处理的原理及应用
1.7 氢对钛合金组织和性能影响的研究现状
1.8 钛合金离子氮化的研究现状
1.9 钛合金热氧化/真空扩散处理的研究现状
1.10 本文主要研究内容和技术方案
1.10.1 氢对钛合金性能影响的研究内容和技术方案
1.10.2 钛合金离子氮化的研究内容和技术方案
1.10.3 钛合金热氧化/真空扩散处理的研究内容和技术方案
第二章 氢对钛合金组织和性能的影响
2.1 前言
2.2 实验条件和方法
2.2.1 原材料和试样尺寸
2.2.2 试样的充氢
2.2.3 充氢试样的冷热循环处理
2.2.4 相分析
2.2.4.1 金相分析
2.2.4.2 X 射线衍射分析
2.2.5 机械性能试验
2.2.5.1 硬度检验
2.2.5.2 拉伸试验
2.2.5.3 冲击试验
2.3 实验结果分析
2.3.1 氢对钛合金组织结构的影响
2.3.1.1 钛合金试样的充氢量
2.3.1.2 氢对 TC4 退火组织影响
2.3.1.3 氢对 TC4 淬火时效组织的影响
2.3.1.4 氢对 TA2 退火组织的影响
2.3.2 氢含量对钛合金硬度的影响
2.3.3 氢含量对钛合金拉伸性能的影响
2.3.4 氢含量对钛合金冲击性能的影响
2.3.5 冷热循环对含氢钛合金组织和性能的影响
2.4 分析和讨论
2.4.1 TC4 和 TA2 中的氢化物
2.4.2 氢化物对 TC4 和 TA2 组织和性能的影响
2.4.3 冷热循环对含氢钛合金组织和性能的影响
2.5 本章小结
第三章 钛合金离子渗氮的研究
3.1 前言
3.2 离子氮化设备
3.3 试验方法
3.3.1 原材料和试样制备
3.3.2 物相分析
3.3.2.1 金相分析、X 射线衍射分析、硬度检验
3.3.2 2 磨损试验
3.4 实验结果分析
3.4.1 TC4 以氨气为气源的离子氮化组织和性能分析
3.4.1.1 TC4 不同温度离子氮化的金相组织
3.4.1.2 TC4 不同温度离子氮化的 X 射线衍射图
3.4.1.3 TC4 不同温度离子氮化的硬度梯度曲线
3.4.2 TA2 以氨气为气源的离子氮化组织和性能分析
3.4.2.1 TA2 不同温度离子氮化的金相组织
3.4.2.2 TA2 不同温度离子氮化的 X 射线衍射图
3.4.2.3 TA2 离子氮化后硬度分布曲线
3.4.2.4 TA2 离子氮化后氮的分布曲线
3.4.3 钛合金以氨气-氧气为气源的离子氮化组织和性能分析
3.4.3.1 TC4 以氨气-氧气为气源的离子氮化组织和性能分析
3.4.3.2 TA2 以氨气-氧气为气源的离子氮化组织和性能分析
3.4.4 TC4 以纯氮气为气源的离子氮化的组织和性能分析
3.4.4.1 TC4 以纯氮气为气源的离子氮化的 X 射线衍射图
3.4.4.2 TC4 以纯氮气为气源的离子氮化的硬度分布曲线
3.4.5 TC4 和 TA2 离子氮化层的摩擦磨损性能分析
3.4.6 氢对 TC4 和 TA2 离子氮化层的影响规律
3.5 离子氮化机理和气源选用的探讨
3.5.1 以氨气为气源离子氮化机理的探讨
3.5.2 以纯氮气气为气源离子氮化机理的探讨
3.6 本章小结
第四章 氧对钛合金表面的强化
4.1 前言
4.2 实验方法和设备
4.2.1 实验材料和处理方法
4.2.2 检验方法
4.2.2.1 X 射线衍射分析
4.2.2.2 硬度检验
4.2.2.3 金相分析
4.3 实验结果分析
4.3.1 不同温度不同时间氧化膜的颜色及结合力
4.3.1.1 不同温度不同时间氧化膜的颜色
4.3.1.2 不同温度不同时间氧化膜的结合力
4.3.2 不同温度下氧化膜的硬度分布
4.3.3 氧化膜组织和结构
4.3.4 氧化+真空处理对摩擦磨损性能的影响
4.3.5 氧化膜的形成机理
4.3.6 本章小结
第五章 结论和展望
参考文献
作者简历
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致谢
博士学位论文原创性声明
发布时间: 2006-03-14
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