论文部分内容阅读
钛合金由于硬度较低、耐磨性差,其使用领域受到极大限制。传统的气体渗碳技术反应温度高、所需周期长、渗碳效率低、工件容易变形等缺点,不能充分解决钛合金实际需求。本文提出采用真空脉冲渗碳和真空脉冲感应渗碳技术对TA2钛合金进行表层强化,并通过X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、XPS、自动显微硬度机和端面磨损试验机等手段研究了获得的梯度渗碳层组织、结构及耐磨性。利用L9（33）正交实验,探究了温度、压强、气氛配比对TA2钛合金渗碳层硬度、厚度及耐磨性的影响,并优化TA2钛合金间隙式真空渗碳工艺。结果表明:真空脉冲渗碳和真空脉冲感应渗碳两种工艺下,渗层硬度、厚度及耐磨性的变化规律一致,各因素的影响强弱依次为温度>甲烷乙炔气氛配比>压强。正交试验得到的最佳工艺参数为温度940℃,压强-70 kPa,甲烷和乙炔比7:1。经过真空脉冲渗碳和真空感应脉冲渗碳后,TA2钛合金表面均形成了一层均匀的TiC相。采用真空脉冲感应渗碳可以快速获得渗碳层,15 min即可达到22μm,2小时后达到108μm,表层硬度达到1070.5 HV0.025。真空管式炉经8小时渗碳实验后,渗层厚度为96μm,硬度为947.5 HV0.025。通过课题组自建模型对真空脉冲渗碳和真空脉冲感应渗碳动力学进行研究。数据拟合分析得到:TA2钛合金真空脉冲渗碳主要受“内扩散”控制,表观活化能为265.0 kJ/mol,在940℃下达到150μm的“目标渗碳深度”预计需要1109 min;真空脉冲感应渗碳过程则受到“表层吸附”与“内扩散”两种环节混合控制,其中“内扩散”为主要控速环节,表观活化能为198.45 kJ/mol,在同样温度下达到相同“目标渗碳深度”的时间预计仅需168min,效率远高于前一种工艺。随着渗碳时间的延长,TA2钛合金的耐磨性也随之提升。经2 h真空脉冲感应渗碳后其磨损量(7.1×10-4cm3)仅为原样的1/138。经8 h真空脉冲渗碳后的磨损量也可达到1.09×10-33 cm3。温度对渗碳层耐磨性影响很大,940、920℃处理的合金耐磨性均远高于900℃。对比两种工艺,真空脉冲感应渗碳效率更高,且硬度和耐磨性均优于真空脉冲渗碳。