TC4钛合金喷丸处理及涂层的微动磨损特性

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:caonima_0720
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钛合金因其具有较好的综合性能被广泛用于航空航天结构中,但是由于其抗微动性能较差,在服役过程中钛合金构件易发生微动损伤,导致其使用寿命下降。因此通过表面改性技术来提高其抗微动性能显得尤为重要。本文以喷丸处理为主要处理手段,研究了以下三个方面的内容: (1)TC4钛合金喷丸表面的微动磨损特性研究; (2)不同喷丸强度对TC4钛合金微动磨损特性影响;(3)完全滑移状态下未喷丸、喷丸、喷丸+CuNiIn涂层等三种状态TC4钛合金的微动磨损行为。研究结果表明:喷丸强度0.3 mmA,覆盖率200%时,其运行工况微动图发生变化。位移幅值为50μm时,微动处于混合滑移状态,二体接触与三体接触均存在,位移幅值为100 μm、150μm时,微动处于完全滑移状态,有大量磨屑产生,接触方式为三体接触,局部区域压实。法向载荷、磨损频率对微动状态的影响较小。随着位移幅值的增加,微动状态由混合滑移向完全滑移转变,磨损体积也随之增加;法向载荷的增加,赫兹接触面积增大,导致磨损面积增大,磨损体积也随之增加;随着频率的增加,磨屑在空气中氧化时间增加,硬质氧化物颗粒减少,磨屑易于聚集压实,磨损体积减小。微动处于完全滑移状态下,摩擦系数的变化过程整体上可以分成三个阶段:(1)微动初期表面膜破裂,金属间发生直接接触,二体接触处于主导地位,由于接触表面的粘着和塑性变形,摩擦系数迅速上升;(2)较多磨屑的形成,二体接触向三体接触转变,摩擦系数波动较大;(3)磨屑的产生和溢出达到平衡,微动处于相对稳定的状态,摩擦系数变化较小。混合滑移状态下,在微动后期依然有二体接触存在,所以后期的摩擦系数依然不稳定。随载荷的增加,4r/N减小,摩擦系数相对减小。喷丸强度为0.5 mmA时,由于粗糙度和表面脆性的提高,喷丸试样处于完全滑移状态;不同喷丸强度以及不同的磨损状态下,磨痕中心区域的氧化程度均高于边缘区域,压实区的氧化程度高于磨屑堆积区域;在相同实验参数下,0.5 mmA的试样的磨损体积总是大于0.3 mmA的试样。未经喷丸处理TC4钛合金,没有完全形成第三体层,依然存在二体接触区;喷丸试样、喷丸+涂层试样形成了第三体层,微动磨损处于稳定状态;微动过程中,随着磨屑碎化,氧含量增加,磨损中心区域磨损程度高于边缘区;相对未处理试样,喷丸处理后微动磨损体积略有增大,干喷+CuNiIn涂层处理后磨损体积减小。
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