鈦合金磨損行為及磨損機理的研究.pdf

1、鈦合金因優(yōu)異的性能而得到了廣泛的應(yīng)用，然而其公認的低滑動耐磨性，嚴重阻礙了其應(yīng)用。同時，對鈦合金自身滑動磨損的研究極其有限，到目前為止，仍然對鈦合金滑動磨損行為和磨損機制缺乏全面和深入的了解。因此，研究鈦合金的干滑動磨損行為和磨損機制具有重要的理論意義和實用價值。 本文系統(tǒng)研究了TC4和TC11兩種典型鈦合金在不同工況條件和對磨材料下的磨損行為和磨損性能。采用SEM、EDS和XRD等對磨損表面、剖面和磨屑的形貌、成分和結(jié)構(gòu)進行了全

2、面的觀察和測試，探討了鈦合金的磨損機制，重點研究了鈦合金的摩擦層和摩擦氧化物及其對磨損行為的影響和作用機理。
　　結(jié)果表明，兩種典型鈦合金的磨損行為具有共性。當溫度為25℃-300℃時，大多數(shù)情況下，磨損率均隨載荷的增加而增加。400℃磨損率降低，且在50-250N時隨載荷的增加略有波動;少數(shù)情況下在250N磨損率突然大幅增加。在500℃-600℃，除鈦合金/W6Mo5Cr4V2體系中500℃、250N外，磨損率均大幅降低，且達到

3、極低的值。高溫下，TC11合金的磨損率低于TC4合金的。更重要的是，兩種典型鈦合金隨著溫度增加均發(fā)生嚴重-輕微磨損轉(zhuǎn)變，這明顯不同于鋼和其它金屬合金。鈦合金在臨界條件以下具有差的耐磨性;而在臨界條件以上具有優(yōu)異的耐磨性。同時發(fā)現(xiàn)，對磨材料對鈦合金的磨損率有顯著影響，但對磨損機制的影響相對較小。在400℃-600℃，在鈦合金/W6Mo5Cr4V2體系中鈦合金的磨損率高于鈦合金/GCr15體系中的磨損率。
　　鈦合金的磨損機理隨工況條

4、件的改變而變化。在25℃-300℃，大多數(shù)載荷條件下，磨損機理以粘著磨損和磨粒磨損為主;在400℃，大多數(shù)磨損機理為粘著磨損、磨粒磨損和氧化輕微磨損共存;少數(shù)情況下，磨損機理為粘著磨損、磨粒磨損和塑性擠出磨損;在500℃-600℃，大多數(shù)載荷條件下，磨損機理為氧化輕微磨損;少數(shù)載荷條件下，磨損機理為粘著磨損、磨粒磨損和塑性擠出磨損。
　　研究發(fā)現(xiàn)，鈦合金在干滑動磨損中，摩擦層一直存在于鈦合金的磨損表面，但摩擦層的成分、結(jié)構(gòu)隨工況條

5、件而變，故在磨損中作用不同。摩擦層是否具有保護或減磨作用取決于摩擦層的數(shù)量、致密度和摩擦氧化物的含量。隨著溫度增加，摩擦層和摩擦氧化物增多，致密的摩擦層開始起到減磨作用。對于鈦合金，摩擦層可區(qū)分為兩類:無氧化物的摩擦層(no-oxide tribo-layer)和氧化物摩擦層(tribo-oxidelayer)。在較低溫度，無氧化物或含微量氧化物的摩擦層，無減磨作用;在較高溫度，含少量摩擦氧化物的摩擦層具有一定程度的減磨作用;在更高溫度