对磨材料对ti6al4v合金磨损行为的影响(附件)
本课题主要利用MG-2000型摩擦磨损试验机研究Ti6Al4V合金在400℃和600℃的高温及50-250N的不同载荷下，对磨AISI 52100轴承钢和AISI M2高速钢的磨损行为和耐磨性，并结合磨损率、磨面物相、形貌及显微硬度等数据分析探讨Ti6Al4V合金摩擦磨损性能及磨损机理，为Ti6Al4V合金的生产应用提供了一定理论基础。结果表明400℃时，对磨AISI 52100钢的Ti6Al4V合金的磨损率较低，在50-200N范围内随载荷增加轻微波动，但在250N时急剧升高；而对磨AISI M2钢的磨损率较高，在600℃时，对磨两者材料的Ti6Al4V合金磨损率均较低，但对磨软的AISI 52100钢时的磨损率最低。关键词 Ti6Al4V，磨损机理，磨损率，磨面特征
目 录
1. 绪论 1
1.1 研究目的及意义 1
1.2 钛与钛合金的特性 1
1.3 钛合金的分类 3
1.4 钛合金的组织与热处理 3
1.5 金属的磨损 5
1.6 Ti6Al4V合金磨损现状分析 6
1.7 本文的主要研究内容 8
2. 实验材料与方法 9
2.1 实验材料 9
2.2 磨损试样制备 9
2.3 实验过程 10
2.4 观测形貌与显微硬度 10
3 实验结果与讨论 11
3.1 Ti6Al4V合金磨损率 11
3.2 Ti6Al4V合金的磨损表面形貌及XRD分析 12
3.3 Ti6Al4V合金磨面的剖面形貌及摩擦层显微硬度分析 13
3.4 讨论 15
3.5 经济学分析 15
结 论 16
致 谢 17
参考文献 18
1. 绪论
研究目的及意义
由摩擦引起的磨损，在生产活动中普遍存在，造成工业生产的大规模资源浪费。据统计，磨损引起了大约80％的零件失效与1/31/2的能源浪费[1]。随着科技的发展，尤其是高负荷、高温、精密以及特殊条件下的机械加工，对于研究摩擦磨损提出了更高的要求。因此有效地改善零件的耐 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
磨性具有重大意义。
Ti6Al4V合金的优势具有比强度高、耐蚀性好、耐高温，且具备好的延展性和韧性，已成为新工艺、新技术、新装备不可或缺的金属材料之一，广泛使用于石油化工、航天航空等领域中，然而，其耐磨性差，且在摩擦磨损过程中生成的氧化层极易剥落，对其磨损行为起不到保护作用[2]。接下来从钛及钛合金的特性和种类，钛合金的组织与热处理，以及研究现状等方面分析钛合金的摩擦磨损，并思索如何改善钛合金的磨损工艺性能。
钛与钛合金的特性
钛具有两种同素异形体，它们在高温下产生同晶型转变，成为体心立方晶格的βTi，或在低温时，成为具有密排六方晶格的αTi。如果钛长时间处于高温，晶粒倾向于长大。工业纯钛快速冷却时，容易产生不稳定的针状αTi组织，其可塑性低，强度高[3]，缓慢冷却时得到条状的α组织；而马氏体相变发生于高纯钛快冷时，晶界呈锯齿状。
相的稳定温度范围通过合金化而改变，并且合金化导致α相和β相在室温存在。稳定β相元素含量增加，剩余β相的含量随之增加。此外，对影响钛的组织的因素也有再结晶进行的条件和杂质。在钛被杂质污染时，且缓慢冷却过程中，发生β→α转变时，形成片状αTi，质点细小的第二相沿各片的边界分布，α相的合金化程度与基体不一样。第二相的数量与杂质含量成正比，大约在工业纯钛中占比1％。经变形并在α区退火后，其结构为多角形晶粒。工业纯钛经过变形处理后，在β相变点以下退火，再结晶后得到等轴晶粒组织（见图11）。
图11 纯钛的组织
钛及钛合金主要不足表现为：大的摩擦系数 (μ=0.42)，导热性能差(仅占铁的1/5和铝的1/3)，化学活性高，抗磨性差，极易受氢、氧的污染，此外其弹性模量较低[4]。
表11 钛与常用金属材料的特性比较
金属种类
钛
铝
镁
铁
镍
铜
密度/kgm3
4508
2700
1740
7860
8800
8900
熔点/℃
1675
600
650
1535
1455
1083
线膨胀系数/200100℃
9
24
25
12
14
16
热导率/Btu.(cm℃）1
16.76
217.88
145.65
83.8
59.49
385.48
拉伸强度极限/MPa
343
98
98
196
323
245
比强度σb/γ
8
4
6
2.5
4
3
延伸率δ（％）
5060
40
50
40
40
50
布氏硬度
530
230
230
580
780
420
钛合金是以钛为基体添加到其他金属或非金属元素的合金材料。其中根据钛合金中添加的金属元素不同对钛的同构转变的影响，添加的合金元素分为：
(1)α稳定元素，能够提高α相转变为β相的温度，其在元素周期表中与钛相隔较远，与钛形成包析反应。一般的α稳定元素有Al、Ga、Ge、O、N、C等。
(2)β稳定元素，能降低α相转变为β相的温度，根据相图特点，又分为β同晶元素及β共析元素。
目 录
1. 绪论 1
1.1 研究目的及意义 1
1.2 钛与钛合金的特性 1
1.3 钛合金的分类 3
1.4 钛合金的组织与热处理 3
1.5 金属的磨损 5
1.6 Ti6Al4V合金磨损现状分析 6
1.7 本文的主要研究内容 8
2. 实验材料与方法 9
2.1 实验材料 9
2.2 磨损试样制备 9
2.3 实验过程 10
2.4 观测形貌与显微硬度 10
3 实验结果与讨论 11
3.1 Ti6Al4V合金磨损率 11
3.2 Ti6Al4V合金的磨损表面形貌及XRD分析 12
3.3 Ti6Al4V合金磨面的剖面形貌及摩擦层显微硬度分析 13
3.4 讨论 15
3.5 经济学分析 15
结 论 16
致 谢 17
参考文献 18
1. 绪论
研究目的及意义
由摩擦引起的磨损，在生产活动中普遍存在，造成工业生产的大规模资源浪费。据统计，磨损引起了大约80％的零件失效与1/31/2的能源浪费[1]。随着科技的发展，尤其是高负荷、高温、精密以及特殊条件下的机械加工，对于研究摩擦磨损提出了更高的要求。因此有效地改善零件的耐 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
磨性具有重大意义。
Ti6Al4V合金的优势具有比强度高、耐蚀性好、耐高温，且具备好的延展性和韧性，已成为新工艺、新技术、新装备不可或缺的金属材料之一，广泛使用于石油化工、航天航空等领域中，然而，其耐磨性差，且在摩擦磨损过程中生成的氧化层极易剥落，对其磨损行为起不到保护作用[2]。接下来从钛及钛合金的特性和种类，钛合金的组织与热处理，以及研究现状等方面分析钛合金的摩擦磨损，并思索如何改善钛合金的磨损工艺性能。
钛与钛合金的特性
钛具有两种同素异形体，它们在高温下产生同晶型转变，成为体心立方晶格的βTi，或在低温时，成为具有密排六方晶格的αTi。如果钛长时间处于高温，晶粒倾向于长大。工业纯钛快速冷却时，容易产生不稳定的针状αTi组织，其可塑性低，强度高[3]，缓慢冷却时得到条状的α组织；而马氏体相变发生于高纯钛快冷时，晶界呈锯齿状。
相的稳定温度范围通过合金化而改变，并且合金化导致α相和β相在室温存在。稳定β相元素含量增加，剩余β相的含量随之增加。此外，对影响钛的组织的因素也有再结晶进行的条件和杂质。在钛被杂质污染时，且缓慢冷却过程中，发生β→α转变时，形成片状αTi，质点细小的第二相沿各片的边界分布，α相的合金化程度与基体不一样。第二相的数量与杂质含量成正比，大约在工业纯钛中占比1％。经变形并在α区退火后，其结构为多角形晶粒。工业纯钛经过变形处理后，在β相变点以下退火，再结晶后得到等轴晶粒组织（见图11）。
图11 纯钛的组织
钛及钛合金主要不足表现为：大的摩擦系数 (μ=0.42)，导热性能差(仅占铁的1/5和铝的1/3)，化学活性高，抗磨性差，极易受氢、氧的污染，此外其弹性模量较低[4]。
表11 钛与常用金属材料的特性比较
金属种类
钛
铝
镁
铁
镍
铜
密度/kgm3
4508
2700
1740
7860
8800
8900
熔点/℃
1675
600
650
1535
1455
1083
线膨胀系数/200100℃
9
24
25
12
14
16
热导率/Btu.(cm℃）1
16.76
217.88
145.65
83.8
59.49
385.48
拉伸强度极限/MPa
343
98
98
196
323
245
比强度σb/γ
8
4
6
2.5
4
3
延伸率δ（％）
5060
40
50
40
40
50
布氏硬度
530
230
230
580
780
420
钛合金是以钛为基体添加到其他金属或非金属元素的合金材料。其中根据钛合金中添加的金属元素不同对钛的同构转变的影响，添加的合金元素分为：
(1)α稳定元素，能够提高α相转变为β相的温度，其在元素周期表中与钛相隔较远，与钛形成包析反应。一般的α稳定元素有Al、Ga、Ge、O、N、C等。
(2)β稳定元素，能降低α相转变为β相的温度，根据相图特点，又分为β同晶元素及β共析元素。
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