化学热处理改善 Ti-6Al-4V 钛合金耐空蚀性能的研究.docx

071482014年第7期(45)卷

文章编号:1001G9731(2014)07G07148G05

化学热处理改善TiG6AlG4V钛合金耐空蚀性能的研究?

李海斌,崔振铎,李朝阳,朱胜利,杨贤金(天津大学材料科学与工程学院,天津300072)

摘要:利用渗氮、渗碳和碳氮共渗3种化学热处理

il金改、,ice

显微硬度仪分别对3种表面层的微观形貌和结构、化学组成、显微硬度进行了表征,并利用磁致伸缩振动空蚀设备研究了表面层的耐空蚀性能.结果表明通过3

种化学热处理均在TiG6AlG4V钛合金表面形成了致密的硬质陶瓷层.该硬质陶瓷层在空蚀过程中可以抑制裂纹在表面过早的形成和向基体扩展,从而延

种化学热处理均在TiG6AlG4V钛合金表面形成了致密

关键词:钛合金;化学热处理;显微组织;表面层;耐

空蚀

中图分类号:TG178文献标识码:A

DOI:10.3969/j．issn.1001G9731.2014.07.031

1引言

钛合金具有诸如密度小、比强度、比断裂韧性高、抗裂纹扩展能力强和耐蚀性能优异等特点,已广泛应用于航天、化工、船舶、汽车、石油天然气,以及食品、医疗设备等工程[1G2].然而,当钛合金用作高速螺旋桨、高速潜艇、水翼、水泵、阀门、水轮机过流部件和发动机缸体等各种设备、器件时,均有空蚀现象发生[3G6].空蚀是由于液体内局部压力起伏变化而引起的蒸汽泡形核、生长和溃灭的空化过程对材料所造成的损害和破坏[7].为此,对钛合金表面层进行改性、强化以提高其抗空蚀能力的表面处理技术也应运而生,如激光表面熔化[8]、激光表面渗氮[9G10]、激光表面熔覆[11]、等离子喷涂[12]、电弧喷涂[13]等.这些表面技术主要是在钛合金表面合成1层致密、无缺陷的硬质表面层或硬质涂层,以减缓空蚀的破坏,延长材料使用寿命.虽然这些表面处理技术在一定程度上提高了钛合金抗空蚀能力,但是却存在着仪器设备昂贵、成本高、操作复杂、对材料形状有严格要求等缺点,从而限制了这些技术在工程实践中的应用.

本文采用简单的化学热处理,包括渗氮、渗碳和碳氮共渗,在钛合金表面制备了硬质陶瓷层,考察了陶瓷层的微观结构、化学组成和显微硬度,并且利用磁致伸缩振动空蚀设备研究了表面层的耐空蚀性能,为钛合

金耐空蚀性能的表面改性技术的进步提供参考.2实验

2.1试样制备

2.1.1材料预处理

Al:6:金;:iA;;,:;成:0;

H:0.01和Ti:余量.实验前,材料被加工成20mm×

62,,抛光至表面粗糙度为Ra=

2.1.2化学热处理

处lG(,,iG

99.999%的N2气(流速为40mL/min),以10℃/min的升温速度加热至1200℃并保温2h,最后随炉冷却;(2)渗碳处理过程,将预处理后的试样包埋于活性炭中(粒径为100~1000μm)并放置于管式炉,通入纯度为99.9%的Ar气,以8℃/min的升温速度加热至150℃并保温30min以去除活性炭中的水分和残余的氧气,随后以10℃/min的升温速度加热至1200℃并保温2h,最后随炉冷却;(3)碳氮共渗处理过程,将预处理后的试样包埋于活性炭中并放置于管式炉,通入纯度为99.999%的N2气(流速为40mL/min),以8℃/min的升温速度加热至150℃并保温30min以去除活性炭中的水分和残余的氧气,随后以10℃/min的升温速度加热至1200℃并保温2h,最后随炉冷却.

2.2结构与成分表征

采用日本RIGAK公司的DMAX2500型X射线

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度.Gi,ce

0.49N,每个试样测试5个点,取平均值.2.