表面復(fù)合改性鈦合金的抗疲勞性及耐磨性

鈦合金的摩擦系數(shù)大，耐磨性差，因而在滑動(dòng)等摩擦發(fā)生的構(gòu)件和機(jī)械部位的使用上存在問題。為此，進(jìn)行了許多以鈦合金為對象的表面改性研究。其中在較高溫度進(jìn)行的氯化、滲碳以及氧化等熱處理方法，由于其表面硬化層與鈦合金基體是一體的，結(jié)合性好，較多地得到應(yīng)用。但熱處理有時(shí)會(huì)導(dǎo)致疲勞強(qiáng)度下降。等離子熱擴(kuò)散處理可在較低溫度下進(jìn)行，可在一定程度上防止疲勞強(qiáng)度下降，但不可改善其疲勞強(qiáng)度。表面特性對疲勞強(qiáng)度的影響很大，因此尋求先進(jìn)表面改性技術(shù)及其復(fù)合處理技術(shù)，形成耐磨性及抗疲勞性都好的表面層尤其重要。以固溶時(shí)效處理的沙漏型Ti-6Al-4V 合金圓棒(最小直徑6 mm)為實(shí)驗(yàn)材料，在較低溫度下對其進(jìn)行等離子滲碳處理(PC)，之后進(jìn)行球接觸式滾壓(DR)以及高速噴丸(SP)的復(fù)合處理。對復(fù)合改性處理的試樣進(jìn)行了表面性狀、表面層殘余應(yīng)力及顯微維氏硬度(HV)的測定。結(jié)果表明，經(jīng)PC+DR 處理的試樣表面非常光滑，Ra為0.2 μm，而PC+SP 試樣表面Ra達(dá)1.7 μm。PC+DR 處理后表面壓縮殘余應(yīng)力的影響深度約為500 μm，而PC +SP 試樣表面近旁殘余應(yīng)力非常高，其后急劇下降，影響深度約100 μm。另外，復(fù)合處理(PC +DR 及PC +SP)試樣的HV 均高于單獨(dú)處理的試樣。疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明，表面復(fù)合改性(PC+DR，PC +SP)試樣的疲勞壽命(由S-N曲線表示)均大大高于未處理及單獨(dú)PC 處理的試樣。摩擦磨損試驗(yàn)也表明復(fù)合處理試驗(yàn)的磨耗量大大小于單獨(dú)處理的試樣。缺口疲勞試驗(yàn)表明，PC 單獨(dú)處理的試樣缺口疲勞壽命比未處理試樣要低，而經(jīng)PC+DR 及DR 單獨(dú)處理試樣的疲勞壽命均大幅度提高。將以上試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用于TC4 鈦合金緊固件螺栓，將棒材頭部熱鍛后經(jīng)固溶時(shí)效熱處理后，切削、研磨加工成螺栓坯件，進(jìn)行等離子低溫滲碳處理后，在頭部與軸部間的肩部進(jìn)行DR 處理，在其徑部加工螺紋。測試表明，這種螺桿與未改性螺桿相比，緊固軸力非常高，螺紋面摩擦系數(shù)小，具有高的緊固力，緊固試驗(yàn)后的SEM 觀察表明，改性處理后磨耗痕跡極小，無剝落及裂紋，疲勞強(qiáng)度高，具有良好的緊固性能。吳全興摘譯自《チタン》