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钛及钛合金氮化和氢化处理的改性工艺

来源:钛板,钛棒,钛管,钛丝,钛设备,钛合金,钛材 发布时间:2015-11-3 12:50:02
钛及钛合金具有比强度高、耐腐蚀、无磁性、低阻尼、高低温性能好、与炭复合材料的相容性好、与生物相容性好等突出优点,但其耐磨性和硬度很差,为了解决这方面的不足,真空氮化钛膜层工艺很好的节约了这方面的问题。为此现将氮化钛退镀方法做些介绍,可对大批量生产中出现的有缺陷的膜层应进行及时退除。
 
氮化坚硬而导电氮化钛的生成热超过所有的氧化钛。因此也必须注意,要在完全脱除氧的条件下进行渗氮处理。www.hvw00.com钛同氮随着时间按照抛物线规律进行表面反应。因此,渗氮速度随着渗氮时间的增加而减低。因为氮在外氮化钛层中的扩散速度小于下面的钛固溶液体区的扩散速度,而不可能形成厚氮化层,氮或氨必须具有较髙的纯度。因为氧不仅妨碍氮化层的形成,而且还能在较髙温度条件下引起表面层除去氧化皮,水分的含量(湿度)必须最少达到这样的程度,即使之达到的熔点。渗氮层的厚度随着温度的升髙而增加,并且在大约850度温度条件下经过16-24小时之后达到具有HV大于3OOOMPa硬度、0.025-0.1mm厚的渗氮层。再延长渗氮时间基本上不会带来硬化深度的增加。较髙的温度导致基体材料晶粒长大,并且由于受缺口应力集中及内应力作用的硬化边缘区引起可塑性(变形性能)降低。在采用TiA15Sn2.5钛合金条件下,即使在950度温度条件下经过16小时之后也只能获得具有HV大于5OOOMPa的大约0.05mm的硬化层深度。在相同的条件下采用氨进行渗氮,就像应用氮渗氮一祥可达到较高的表面硬度和较大硬化深度。可是同时获得了氢被吸收的结果,所以必须再经过真空退火消除它。
 
氮化钛具有高硬度、耐磨、抗腐蚀及良好的装饰性能。世界范围内钛的生产加工中50%以上钛材应用在航空领域,飞机的轻量化是航空业发展不变的主题,今后20年间新客机需求量大概为1万架左右,今后主要机种的轻量化将使钛及钛合金的用量大增。而在其他领域,钛的需求增长主要集中在海水淡化设备、LNG设备、原子能发电所、氯碱设备、PTA 设备、大型建筑物的屋顶、船舶、医疗外科等领域。
在渗氮时可能形成各种不同的区,如果氧含量不髙,形成由氮化钛组成的外区,具有金黄色并且硬度为14000-17000MPa,可是这种氮化钛层很傅因较低的氮化温度时或者继而进行髙温加热(退火)时,氮就完全溶解到金属表面的钛固溶体里去了,激化钛层不再增加或者在某个热处理工序中消失因此,在发现氮化钛层时钛固溶体层巳经溶解到氮中去了这层也具有高的硬度,但是芯部硬度降低。在采用氨气进行渗氮时,由于渗透氢的作用而出现附加的组织变化。由于在40度温度下氢和氮对转化温度的相反(对立)作用而观察到,首先随着渗氮时间的增加而导致a-表层的含氮层厚度增加,经过较长时间渗氮之后,这个层的范围又缩小,因为通过试样氢含量增加而转变成金相(这样一来,正如所见到那样,硬化深度不会受到影响。在同一条件下渗氮而产生的硬化区表明有一陡峭的硬度下降区,在上边列举出的渗氮条件下一直到大约0.1mm深度的硬化层达HVS3OOOMPa的硬度。钛合金可以在相似的条件下像钛那样渗氮。在钛合金渗氮条件下,由于氮在钛固溶体和钛固溶体中的溶解度及扩散速度不同而使其扩散区的层厚波动(变化在质量分数为30%-100%NaCN的熔盐浴槽中进行钛的表面硬化处理时,在800度条件下经过1-2小时表面硬化可达到HV接近6000MPa(HRC60)由于磨蚀特征得到了改进,同没有处理的材料相比,疲劳强度大多减少1/3以上。
 
及钛合金的氢处理技术是材料科学与工程领域一个比较活跃的研究方向。目前,氢处理技术在钛合金的热加工、机械加工、粉末固结、复合材料制备、微观组织细化等研究中得到了应用,已形成一个独特的研究领域。利用氢处理技术改善钛合金的超塑性性能是一个重要的研究方面,至此,许多学者利用氢处理效应改善了铸钛、变形钛合金和钛铝金属间化合物的超塑性性能。
 
现代超塑性变形理论认为,晶界滑移是超塑性变形的主要方式,扩散和晶内及晶界的位错运动是晶界滑移的主要协调机制。在钛合金超塑性成形中,B相以扩散蠕变或位错蠕变为主:A相以晶界滑移为主,通过扩散和位错运动共同协调;A与B两相间的流动以A与B相界迁移来完成。氢在对钛合金超塑性成形中主要起到以下作用:(1)氢的加入提高了合金元素的扩散能力,导致B相扩散蠕变和A相的晶间滑移的增强。(2)氢的扩散激活了钉扎的位错,促进了位错的攀移和滑动,提高了B晶粒的滑动能力,有利于A/A晶界滑动所要求的位错协调作用。(3)氢致弱键效应,降低了扩散激活能,增强了原子扩散能力,改善了超塑性流动能力。(4)从Ti2H相图上可以看出,氢的加入明显降低了B\A+B转变温度,提高了B相的体积分数,直接导致塑性的提高和流动应力的降低,使钛合金可以在较低的变形温度和较高的变形速率下进行超塑性成形。
 
目前,运用氢处理技术提高钛合金的超塑性性能的途径有两种:(1)利用氢的增塑性效应,在钛合金超塑性成形之前加入适量的氢,提高钛合金中B相的比例,降低超塑性变形时的流动应力,达到改善钛合金超塑性性能的目的。(2)利用氢处理细化钛合金的微观组织,结合塑性变形技术制备超细晶钛合金,使钛合金在较低的变形温度和较高的变形速率下具有优异的超塑性性能。
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