表面改性对钛合金高温微动疲劳行为影响的研究

发布时间：2017-05-22 17:05

  本文关键词：表面改性对钛合金高温微动疲劳行为影响的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：钛合金耐磨性差,对微动疲劳损伤(FF)非常敏感,是限制钛合金在航空工业中应用的重要原因。通过表面处理技术提高钛合金高温FF抗力对发展高性能航空发动机有重要意义。本文在研究钛合金高温FF行为的基础上,探讨了离子束增强沉积(IBED)、非平衡磁控溅射(UBMS)、热喷涂技术及喷丸强化(SP)与这些表面改性技术复合对钛合金高温FF行为的影响,拟为提高钛合金FF抗力提供依据。主要研究结论如下: 1、Ti811钛合金高温FF以脱层为特征。位移幅度或接触压力对FF的影响呈现非单调变化规律,原因是位移幅度或接触压力变化影响疲劳和磨损在FF过程中所占比重,进而影响FF裂纹萌生几率和扩展驱动力。由于温度升高促进钛合金的蠕变过程,使钛合金的常规疲劳性能下降,所以,蠕变是影响钛合金高温微动疲劳的重要因素。 2、通过IBED技术可以获得致密度高,晶粒细化,孔隙率低,膜基结合强度好的膜层。IBED 0Cr18Ni9膜层使Ti811合金的350℃高温FF寿命提高了66%,其原因是膜层具有较高的硬度,提高了钛合金的抗磨损能力:同时膜层具有良好的韧性,抗疲劳破坏的能力高。而IBED CuNi膜层不能提高基体的FF抗力。这是因为膜层的韧性低,同时膜基界面间有氧化现象,结合力较低,在微动疲劳的复杂应力作用下易产生裂纹,从而降低FF寿命。 3、UBMS MoS_2-Ti复合膜层使Ti811合金FF寿命提高了78%。膜层与基体间有很好的结合力;MoS_2膜层的润滑作用,降低了FF表面的摩擦力,改善了表面材料的受力状态;MoS_2-Ti膜层片状脱层的失效形式减小了裂纹萌生和裂纹向材料基体扩展的几率。 4、高温超音速喷涂(HVOF)和等离子喷涂获得的Co基WC涂层具有很高的硬度,耐磨性好。但该类涂层并不能提高钛合金350℃高温FF寿命,这主要是因为涂层的韧性低,在FF的复杂应力作用下很容易产生裂纹。 5、喷丸强化与IBED技术复合处理能否联合提高钛合金FF抗力与膜层性能有关。IBED技术可以制备结合力好,同时具有一定的韧性的0Cr18Ni9膜层,该膜层能够承受喷丸的冲击,与喷丸引入的表面残余压应力联合,起到了协同提高钛合金350℃高温下FF抗力的作用。IBED CuNi膜层本身性能差,与喷丸复合处理后达不到提高FF抗力的作用。先喷丸的试样在进行UBMS MoS2-Ti复合膜的过程中由于工艺温度高而降低了喷丸产生的表面残余压应力,因而其FF寿命不及单独喷丸试样。
【关键词】：高温 钛合金 微动疲劳 喷丸强化:离子束增强沉积 非平衡磁控溅射 热喷涂
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第一章 绪论9-28
• 1．1 研究背景及意义9-11
• 1．2 微动损伤的国内外研究现状11-21
• 1．2．1 微动损伤的危害12-13
• 1．2．2 微动损伤及其力学模型13-16
• 1．2．3 微动损伤的研究进展16-21
• 1．3 钛合金微动疲劳防护技术研究现状21-22
• 1．4 本文的研究任务22-24
• 参考文献24-28
• 第二章 试验方法与表面涂层及改性技术28-38
• 2．1 试验方法28-29
• 2．1．1 材料和试样28-29
• 2．1．2 实验设备和参数29
• 2．2 表面处理层性能测试与评价方法29-31
• 2．2．1 组织结构与成分分布分析29-30
• 2．2．2 表面改性层的结合强度测定30
• 2．2．3 改性层的硬度和韧性测试方法30
• 2．2．4 改性层摩擦磨损性能的评定30-31
• 2．3 表面涂层和改性技术31-37
• 2．3．1 喷丸强化31-32
• 2．3．2 全封闭非平衡磁控溅射离子镀(UBMS)32-33
• 2．3．3 离子束增强沉积(IBED)33-36
• 2．3．4 热喷涂36-37
• 2．3．4．1 等离子喷涂36
• 2．3．4．2 超音速火焰喷涂36-37
• 参考文献37-38
• 第三章 实验结果与分析38-71
• 3．1 Ti811合金高温微动疲劳特征38-43
• 3．2 离子束辅助沉积(IBED)膜层对微动疲劳性能的影响43-57
• 3．2．1 IBED膜层成分与形貌43-45
• 3．2．1．1 IBED 0Cr18Ni9膜层成分与形貌43-44
• 3．2．1．2 IBED CuNi膜层膜层成分与形貌44-45
• 3．2．2 膜层元素沿深度分布45-47
• 3．2．2．1 IBED 0Cr18Ni9膜层元素沿深度分布45-46
• 3．2．2．2 IBED CuNi合金膜层元素沿深度分布46-47
• 3．2．3 膜层的硬度与韧性47-48
• 3．2．3．1 IBED 0Cr18Ni9膜层的硬度与韧性47
• 3．2．3．2 IBED CuNi膜层的硬度与韧性47-48
• 3．2．4 膜层摩擦磨损性能48-51
• 3．2．4．1 IBED OCr18Ni9膜层摩擦磨损性能48-50
• 3．2．4．2 IBED CuNi膜层摩擦磨损性能50-51
• 3．2．5 IBED膜层对微动疲劳性能影响51-57
• 3．2．5．1 IBED OCr18Ni9膜层对微动疲劳的影响51-54
• 3．2．5．2 IBED CuNi膜层对微动疲劳的影响54-57
• 3．3 非平衡磁控溅射(UBMS)对微动疲劳的影响57-62
• 3．3．1 磁控溅射MoS_2-Ti膜层成分与性能57-58
• 3．3．2 磁控溅射MoS_2-Ti膜层硬度58-59
• 3．3．3 磁控溅射MoS_2-Ti膜层摩擦学性能59
• 3．3．4 磁控溅射MoS_2-Ti膜层对FF寿命的影响59-60
• 3．3．5 磁控溅射MoS_2-Ti膜层对钛合金FF行为影响的分析60-62
• 3．4 热喷涂对微动疲劳性能的影响62-69
• 3．4．1 热喷涂涂层形貌63
• 3．4．2 热喷涂涂层硬度63-64
• 3．4．3 热喷涂涂层摩擦磨损性能64-66
• 3．4．4 热喷涂涂层对FF寿命的影响66-69
• 参考文献69-71
• 第四章 结论71-73
• 致谢73-75

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 王学德;李启鹏;周鑫;仝崇楼;胡雅骥;;激光冲击强化提高TC4叶片振动疲劳性能[J];中国表面工程;2012年02期

2 王学德;杨磊;周鑫;仝崇楼;楚峰;;钛合金激光冲击强化层的残余应力及显微组织[J];机械工程材料;2012年04期

3 陈跃良;杨茂胜;胡家林;郁大照;;飞机结构搭接件微动疲劳研究的关键技术[J];海军航空工程学院学报;2008年04期

4 姜大伟;张永康;阮亮;皇甫喁卓;张田;任旭东;;激光冲击对耐热钢高温疲劳寿命的影响[J];金属热处理;2011年11期

5 冯宝香;杨冠军;毛小南;于兰兰;吴小东;;钛及钛合金喷丸强化研究进展[J];钛工业进展;2008年03期

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本文编号：386326