常温下原位自生（tic+tib）／ti6al4v复合材料的干滑动摩擦磨损性能研究(附件)【字数：15087】
摘 要摘 要因为优异的性能使钛合金得到了广泛的应用，但由于公认的低滑动耐磨性，使其应用受到了限制。与此同时，钛合金自身的滑动磨损研究有限，截止目前，对钛合金的滑动磨损行为和磨损机制仍然缺乏深入和全面的了解。因此，对钛合金的干滑动摩擦磨损行为和磨损机制的研究具有重要的实用价值和理论意义。本文主要以原位自生反应生成的2.5%（TiC+TiB）/Ti6Al4V复合材料为研究对象，研究（TiC+TiB）增强相对（TiC+TiB）/Ti6Al4V复合材料的微观组织与力学性能的影响。研究载荷、转速等对（TiC+TiB）/Ti6Al4V复合材料摩擦磨损性能的影响规律。采用金相显微镜、扫描电镜、摩擦磨损试验机、硬度测试等一系列的测试手段对复合材料性能进行了研究。结果表明，原位自生体积分数为2.5%的（TiB+TiC）/Ti6Al4V复合材料，其显微组织由细长的针状TiB和等轴状及短棒状的TiC组成，且平均硬度值为31.56HRC。不同滑动速度下（TiB+TiC）/Ti6Al4V复合材料的磨损率随载荷的增加，复合材料的磨损率增加，摩擦系数减小，且波动范围小。（TiB+TiC）/Ti6Al4V复合材料在滑动速度0.837m/s条件下，载荷为5N，10N，15N和20N，随着载荷增加，表面磨损程度加剧，存在磨粒磨损、疲劳磨损和一定粘着磨损，且磨屑的尺寸增加。不同外加载荷下（TiB+TiC）/Ti6Al4V复合材料的磨损率随着滑动速度的增加逐渐减小，摩擦系数也随之减小，变化较为缓慢，摩擦系数稳定。（TiB+TiC）/Ti6Al4V复合材料在载荷为15N时，滑动速度分别为0.419m/s、0.628m/s和0.837m/s的条件下，表面磨损程度降低，存在磨粒磨损、疲劳磨损和一定粘着磨损，且磨屑的尺寸减小。关键词复合材料；干滑动摩擦磨损；耐磨性；磨损性能；
目 录
第1章 绪论 1
1.1 选题目的及意义 1
1.2 钛合金及其应用 2
1.2.1航天航空领域 2
1.2.2化工行业 3
1.2.3医疗行业 3
1.2.4汽车行业 3
1.2.5海洋工程 4
1.3金属的磨损分类 4
1.3.1粘着磨损 4
1.3.2腐蚀 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
磨损 4
1.3.3磨粒磨损 5
1.3.4接触疲劳磨损 5
1.4钛合金磨损的研究进展 5
1.4.1钛合金磨损概述 5
1.4.2钛基复合材料的研究 6
1.4.3钛合金干滑动摩擦磨损的研究 6
1.4.4钛合金其他形式的磨损研究 7
1.4.5钛合金的磨损研究现状和存在问题 7
1.5主要研究内容 8
第2章 试验方法 10
2.1试验材料的选择 10
2.2干摩擦磨损实验 10
2.2.1试样制备 10
2.2.2磨损实验过程及参数 11
2.3测试方法 12
2.3.1硬度测量 12
2.3.2微观分析 12
2.3.3试验参数 12
第3章 （TiB+TiC）/Ti6Al4V复合材料的磨损行为及特征 13
3.1试验材料处理工艺 13
3.1.1 Ti6Al4V复合材料 13
3.1.2对磨材料的热处理工艺 14
3.2载荷对（TiB+TiC）/Ti6Al4V复合材料性能的影响 15
3.2.1载荷对磨损率的影响 15
3.2.2载荷对摩擦系数的影响 16
3.2.3载荷对磨面形貌的影响 16
3.2.4载荷与磨屑形貌 19
3.3滑动速度对（TiB+TiC）/Ti6Al4V复合材料性能的影响 20
3.3.1滑动速度对磨损率的影响 20
3.3.2滑动速度对摩擦系数的影响 21
3.3.3滑动速度对磨面形貌的影响 24
3.3.4滑动速度与磨屑形貌 26
结 论 28
参 考 文 献 29
致 谢 31
第1章 绪论
选题目的及意义
钛和钛合金广泛应用于多个行业，例如航空航天、冶金、汽车以及医疗等多个领域，因其具有高硬度、低密度、高的比强度等特点，但是他们的低耐磨性却大大缩小了了它的使用范围。摩擦是指在外力作用下，两个有相对运动趋势或者发生相对运动的物体，在切相面间产生的切向的运动阻力。磨损是指表面的相对运动造成工作表面物质不断损失的现象[1]。在工作的过程中，机器的零件表面由于磨损会造成形状损坏，而且会改变零件的尺寸，从而逐渐降低了机器的性能，且可靠性会大大减小，长期严重的磨损可导致零件的失效。所以研究材料的摩擦磨损是学者的重要任务，对国民经济有着重要的意义。据统计，在世界工业能耗中，摩擦磨损所产生的能量消耗约占的 30%，而大多数机械设备失效也是由于磨擦所引发的磨损，因为各种形式的磨损造成的零件损坏大约有80%。很早以前，人们就开始注意摩擦现象，探索磨损机理，并取得了一定的成绩，特别是近几十年来工程师在设计零件或机器时已经把磨损寿命问题纳入了考虑范围。
近年来，为了克服这些局限性，提高它的耐磨性，人们通过加入一些增强相使材料复合化，另一方面从零件的材料选用、结构设计、表面强化处理、润滑剂的选用等多个方面提高零件的使用性能，有效地减少零件的摩擦磨损消耗，能量损失得到控制，机器的工作效率有所提高，保证了机器工作的可靠性。钛基复合材料拥有着基体材料的轻质、高强、低密度等众多优点，同时兼具增强相带来的高硬度、高比刚度以及非常好的耐磨性，具有极大的发掘价值。对于摩擦磨损问题，人们把注意力放在了表面改性处理对钛合金的摩擦磨损性能的影响，却很少有研究者对含有增强相的钛合金在不同工况下的摩擦磨损机理深入研究，这让人们对钛基复合材料的摩擦磨损机理缺乏系统的认知。钛基复合材料是把纯钛或钛合金作为基体，添加一种或几种增强相，得到复合材料，使其兼具基体和增强相的优点。复合增强是在原有基体的基础上加入两种或两种以上增强相，不同的增强相有着各自的特点，可以互相弥补，从而使复合材料的使用性能更优异、应用范围更广。这些复合材料不仅克服了低耐磨性的缺点，还提高了抗疲劳性能。
为了让钛基复合材料在更多的行业得到应用，得到更加全面地认识钛基复合材料的摩擦磨损行为和机理，本文系统研究了常温下原位自生（TiC+TiB）/Ti6Al4V复合材料的干滑动摩擦磨损性能。TiC和TiB本身具有硬度高、刚度大等特点，有着稳定的结构，而且与钛基体之间有相似的膨胀系数，所以目前普遍认为TiC和TiB是最理想的增强相。本实验采用扫描电镜(SEM)、金相显微镜、硬度测试等分析手段对（TiC+TiB）/Ti6Al4V复合材料的磨面和磨屑的形貌进行测试和观察，深入探讨了在不同载荷以及不同滑动速度的条件下，（TiC+TiB）/Ti6Al4V复合材料与对磨材料（低合金钢）对磨时的摩擦磨损行为和机理，重点研究载荷和滑动速度对（TiC+TiB）/Ti6Al4V复合材料的磨损率、摩擦系数以及磨痕磨屑形貌的影响。本研究为（TiC+TiB）/Ti6Al4V复合材料在不同干滑动摩擦磨损工况下的应用提供了科学依据和知识储备，同时也丰富了磨损机制，有一定的研究意义以及提升了应用价值。
钛合金及其应用
目 录
第1章 绪论 1
1.1 选题目的及意义 1
1.2 钛合金及其应用 2
1.2.1航天航空领域 2
1.2.2化工行业 3
1.2.3医疗行业 3
1.2.4汽车行业 3
1.2.5海洋工程 4
1.3金属的磨损分类 4
1.3.1粘着磨损 4
1.3.2腐蚀 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
磨损 4
1.3.3磨粒磨损 5
1.3.4接触疲劳磨损 5
1.4钛合金磨损的研究进展 5
1.4.1钛合金磨损概述 5
1.4.2钛基复合材料的研究 6
1.4.3钛合金干滑动摩擦磨损的研究 6
1.4.4钛合金其他形式的磨损研究 7
1.4.5钛合金的磨损研究现状和存在问题 7
1.5主要研究内容 8
第2章 试验方法 10
2.1试验材料的选择 10
2.2干摩擦磨损实验 10
2.2.1试样制备 10
2.2.2磨损实验过程及参数 11
2.3测试方法 12
2.3.1硬度测量 12
2.3.2微观分析 12
2.3.3试验参数 12
第3章 （TiB+TiC）/Ti6Al4V复合材料的磨损行为及特征 13
3.1试验材料处理工艺 13
3.1.1 Ti6Al4V复合材料 13
3.1.2对磨材料的热处理工艺 14
3.2载荷对（TiB+TiC）/Ti6Al4V复合材料性能的影响 15
3.2.1载荷对磨损率的影响 15
3.2.2载荷对摩擦系数的影响 16
3.2.3载荷对磨面形貌的影响 16
3.2.4载荷与磨屑形貌 19
3.3滑动速度对（TiB+TiC）/Ti6Al4V复合材料性能的影响 20
3.3.1滑动速度对磨损率的影响 20
3.3.2滑动速度对摩擦系数的影响 21
3.3.3滑动速度对磨面形貌的影响 24
3.3.4滑动速度与磨屑形貌 26
结 论 28
参 考 文 献 29
致 谢 31
第1章 绪论
选题目的及意义
钛和钛合金广泛应用于多个行业，例如航空航天、冶金、汽车以及医疗等多个领域，因其具有高硬度、低密度、高的比强度等特点，但是他们的低耐磨性却大大缩小了了它的使用范围。摩擦是指在外力作用下，两个有相对运动趋势或者发生相对运动的物体，在切相面间产生的切向的运动阻力。磨损是指表面的相对运动造成工作表面物质不断损失的现象[1]。在工作的过程中，机器的零件表面由于磨损会造成形状损坏，而且会改变零件的尺寸，从而逐渐降低了机器的性能，且可靠性会大大减小，长期严重的磨损可导致零件的失效。所以研究材料的摩擦磨损是学者的重要任务，对国民经济有着重要的意义。据统计，在世界工业能耗中，摩擦磨损所产生的能量消耗约占的 30%，而大多数机械设备失效也是由于磨擦所引发的磨损，因为各种形式的磨损造成的零件损坏大约有80%。很早以前，人们就开始注意摩擦现象，探索磨损机理，并取得了一定的成绩，特别是近几十年来工程师在设计零件或机器时已经把磨损寿命问题纳入了考虑范围。
近年来，为了克服这些局限性，提高它的耐磨性，人们通过加入一些增强相使材料复合化，另一方面从零件的材料选用、结构设计、表面强化处理、润滑剂的选用等多个方面提高零件的使用性能，有效地减少零件的摩擦磨损消耗，能量损失得到控制，机器的工作效率有所提高，保证了机器工作的可靠性。钛基复合材料拥有着基体材料的轻质、高强、低密度等众多优点，同时兼具增强相带来的高硬度、高比刚度以及非常好的耐磨性，具有极大的发掘价值。对于摩擦磨损问题，人们把注意力放在了表面改性处理对钛合金的摩擦磨损性能的影响，却很少有研究者对含有增强相的钛合金在不同工况下的摩擦磨损机理深入研究，这让人们对钛基复合材料的摩擦磨损机理缺乏系统的认知。钛基复合材料是把纯钛或钛合金作为基体，添加一种或几种增强相，得到复合材料，使其兼具基体和增强相的优点。复合增强是在原有基体的基础上加入两种或两种以上增强相，不同的增强相有着各自的特点，可以互相弥补，从而使复合材料的使用性能更优异、应用范围更广。这些复合材料不仅克服了低耐磨性的缺点，还提高了抗疲劳性能。
为了让钛基复合材料在更多的行业得到应用，得到更加全面地认识钛基复合材料的摩擦磨损行为和机理，本文系统研究了常温下原位自生（TiC+TiB）/Ti6Al4V复合材料的干滑动摩擦磨损性能。TiC和TiB本身具有硬度高、刚度大等特点，有着稳定的结构，而且与钛基体之间有相似的膨胀系数，所以目前普遍认为TiC和TiB是最理想的增强相。本实验采用扫描电镜(SEM)、金相显微镜、硬度测试等分析手段对（TiC+TiB）/Ti6Al4V复合材料的磨面和磨屑的形貌进行测试和观察，深入探讨了在不同载荷以及不同滑动速度的条件下，（TiC+TiB）/Ti6Al4V复合材料与对磨材料（低合金钢）对磨时的摩擦磨损行为和机理，重点研究载荷和滑动速度对（TiC+TiB）/Ti6Al4V复合材料的磨损率、摩擦系数以及磨痕磨屑形貌的影响。本研究为（TiC+TiB）/Ti6Al4V复合材料在不同干滑动摩擦磨损工况下的应用提供了科学依据和知识储备，同时也丰富了磨损机制，有一定的研究意义以及提升了应用价值。
钛合金及其应用
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