【摘 要】
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钛合金因具有高强度、低密度和耐腐蚀等优良性能,广泛应用于航空航天、汽车和医疗器材等诸多领域。因为钛合金作为结构材料难以避免受到摩擦与磨损的作用,然而其公认的较差耐磨性限制了其应用。目前大量针对钛合金自身干滑动磨损行为的研究聚焦于摩擦氧化物的形成和作用,对材料自身响应的研究甚少。因此本文将结合材料磨损表面摩擦氧化物的作用和亚表面微观结构以及性能的变化两个角度,探索钛合金的高温磨损行为。本论文采用磨损
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钛合金因具有高强度、低密度和耐腐蚀等优良性能,广泛应用于航空航天、汽车和医疗器材等诸多领域。因为钛合金作为结构材料难以避免受到摩擦与磨损的作用,然而其公认的较差耐磨性限制了其应用。目前大量针对钛合金自身干滑动磨损行为的研究聚焦于摩擦氧化物的形成和作用,对材料自身响应的研究甚少。因此本文将结合材料磨损表面摩擦氧化物的作用和亚表面微观结构以及性能的变化两个角度,探索钛合金的高温磨损行为。本论文采用磨损试验机对Ti-6Al-4V合金进行室温到高温条件下的干滑动磨损试验,滑动速度分别为1.0m/s和0.5m/s,温度范围为20～400℃,载荷范围为10～240N,绘制出不同速度和温度下的磨损率随载荷变化曲线,采用SEM、EDS、XRD、EBSD等手段对磨损表面和截面的形貌、元素成分及含量、化合物种类、组织结构和硬度变化、再结晶程度等进行了全面的观察和测量,分析并总结出合金在不同试验条件下的磨损机制,绘制出磨损机制转变图。结果表明Ti-6Al-4V合金在磨损过程中可以分为轻微磨损和严重磨损两个阶段。在1m/s滑动速度下,轻微磨损阶段的主要磨损机制包含氧化磨损、剥层磨损、氧化层剥落和轻微塑性变形+粘着磨损,严重磨损阶段的主要磨损机制为严重塑性变形+粘着磨损。在0.5m/s的滑动速度下,轻微磨损阶段的主要磨损机制为氧化磨损+磨粒磨损、机械混合层剥落和轻微塑性变形,严重磨损阶段的主要磨损机制为机械混合层破坏和严重塑性变形。研究发现,在1m/s的滑动速度下,磨损亚表层组织因发生动态再结晶转变而产生的热软化降低了合金耐磨性,是导致Ti-6Al-4V合金发生轻微-严重磨损转变的主要因素,可以用临界动态再结晶温度准则评估转变载荷,即TS≥TDRX。但当温度升高到400℃后磨损率突然降低到极低水平,且轻微-严重磨损转变迟迟未发生,温度准则不再适用。而在0.5m/s的滑动速度下,当试验温度为20℃和50℃时,机械混合层的破坏控制合金的轻微-严重磨损转变,但临界动态再结晶温度准则仍可以判断亚表层材料伴随严重塑性变形发生的动态再结晶转变,且在100～250℃范围内轻微-严重磨损转变仍适用于该温度准则。
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