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钛合金电子束表面处理改性技术

来源:钛板,钛棒,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2015-11-9 12:59:23
钛合金本身具有优秀的耐蚀性,在航空航天、生物工程、能源化工等领域显示出其比强度、耐蚀性等优势。通常钛合金不进行进一步提髙其耐蚀性表面处理,但是钛材摩擦系数高,对粘着磨损和微动磨损十分敏感,耐磨性差,高温高速冲突易着火,抗高温氧化性能相对较差,这些缺点严重影响了其构造的安全性和稳定性。我国TC4钛合金的研制与应用始于20世纪60年代。目前,对TC4钛合金的研究正向着高性能、低成本化方向发展,但在追求某一性能指标的同时,还需与其它性能相匹配,以确保得到优异的综合性能。在航空航天工业,一直追求零件的长疲劳使用寿命,这要求强度、塑性、韧性等的良好匹配性,而晶粒细化就是改善钛合金使用性能的一种重要途径。
 
这些年,电子束表面处理技术快速开展,高能量密度的电子束效果到材料表面时使材料表面具有用常规办法难以到达的物理化学或力学性能,显著进步材料表面的耐磨性、耐蚀性及耐高温氧化性等。www.hvw00.com公司选用脉冲高流低能电子束对钛合金进行表面处理,取得了杰出效果。试验所用材料为TA15钛合金(Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V),样品表面经抛光后,选用强流脉冲电子束进行表面改性,电子束加快电压为28kV,靶极距离81mm,脉冲次数为15次,脉冲间隔时刻为45s。对所获试样的硬度测验标明,随着深度的添加,硬度值先降低后添加,最终趋于一个定值。这种特别的振动式曲线散布可解释为:在脉冲高能量疾速辐照下,材料能量吸收层内会萌发热冲击波,遇到界面会反射回来。屡次辐照,形成应力波相互之间发作干与叠加,呈现复杂的应力散布状况,使截面显微硬度呈现特别散布方式。通过电子束处理后的样品,其磨损体积比初始样品进步了3倍,阐明电子束处理后TA15钛合金耐磨性得到了改进,其缘由可能是以下三个方面:(1)电子束高能量刹那间沉积在材料次表层很小的区域内,使材料疾速升温到相变温度或熔化温度以上,然后靠基体导热到达超高速冷却(约109 K/s),使材料表面发作淬火效应,起到固溶强化的效果,因而表面的耐磨性进步;(2)电子束疾速凝结进程会使材料表层晶粒细化,然后进步材料的耐磨性;(3)当电子束脉冲效果于材料表面时,温度开端迅速添加,因为钛材表层向外的疾速热膨胀遭到束缚而发作向内传达的紧缩热应力波。剩余应力成压应力散布,对进步耐磨性有利。腐蚀性能测验标明,电子束表面处理后腐蚀电位由初始样品的-258mV上升到了-108mV,极化电阻由初始样品的0.8k/cm2添加到了2.5k/cm2,一起自腐蚀电流较初始样品降低显着。这阐明样品的耐腐蚀性能显着进步。腐蚀性能改进的首要缘由是: (1)强流脉冲电子束辐照在样品表层所形成的高温可以使材料表层吸附或黏着的杂质发作汽化或脱溶,起到清洗的效果;(2)材料表层的疾速冷却,使表面晶粒细化,然后致使阴阳极面积份额的变小,使腐蚀速度减小。(3)材料表面疾速熔化,随后又以同样的高速凝结,这一进程按捺了平衡结晶,可得到细密的非平衡安排构造,成分均匀,这也在必定程度上按捺了自腐蚀的发作。
 
低能强流脉冲电子束(LEHCPEB)是近年来出现的一种新的表面改性技术。在脉冲电子束轰击材料的瞬时过程中,较高的能量(108~109W/cm2)在非常短的时间内(几纳秒到几微秒)作用在材料的表层,造成材料表面极为快速的加热和冷却,甚至使材料表层熔化、蒸发并快速凝固,在此过程中诱发的应力场能够引起材料表面快速而强烈的变形,从而造成特殊的改性效果。a.脉冲电子束改性TC4钛合金试样可分为熔化相变层、热影响层和基体三个区域;b.脉冲电子束改性后试样表面层的晶粒发生细化,提高了材料表层的硬度;c.脉冲电子束改性处理使试样产生点阵畸变;d.熔化相变层中的晶粒细化机制是脉冲电子束改性时随着温度的快速升高,表面层发生熔化后的重新结晶以及α相在β相中的析出。疲劳裂纹常常在表面萌生,采用晶粒细化来提高疲劳抗力是近年来的关注焦点。虽然采用传统的喷丸、滚压和挤压等强化方法可以使表层组织结构发生变化,但将产生加工硬化使塑性降低,因此需要研究新的表面强化改性工艺方法以改善材料的疲劳使用性能。
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