表面復合改性鈦合金的抗疲勞性及耐磨性

鈦合金的摩擦系數大，耐磨性差，因而在滑動等摩擦發生的構件和機械部位的使用上存在問題。為此，進行了許多以鈦合金為對象的表面改性研究。其中在較高溫度進行的氯化、滲碳以及氧化等熱處理方法，由于其表面硬化層與鈦合金基體是一體的，結合性好，較多地得到應用。但熱處理有時會導致疲勞強度下降。等離子熱擴散處理可在較低溫度下進行，可在一定程度上防止疲勞強度下降，但不可改善其疲勞強度。表面特性對疲勞強度的影響很大，因此尋求先進表面改性技術及其復合處理技術，形成耐磨性及抗疲勞性都好的表面層尤其重要。以固溶時效處理的沙漏型Ti-6Al-4V 合金圓棒(最小直徑6 mm)為實驗材料，在較低溫度下對其進行等離子滲碳處理(PC)，之后進行球接觸式滾壓(DR)以及高速噴丸(SP)的復合處理。對復合改性處理的試樣進行了表面性狀、表面層殘余應力及顯微維氏硬度(HV)的測定。結果表明，經PC+DR 處理的試樣表面非常光滑，Ra為0.2 μm，而PC+SP 試樣表面Ra達1.7 μm。PC+DR 處理后表面壓縮殘余應力的影響深度約為500 μm，而PC +SP 試樣表面近旁殘余應力非常高，其后急劇下降，影響深度約100 μm。另外，復合處理(PC +DR 及PC +SP)試樣的HV 均高于單獨處理的試樣。疲勞試驗結果表明，表面復合改性(PC+DR，PC +SP)試樣的疲勞壽命(由S-N曲線表示)均大大高于未處理及單獨PC 處理的試樣。摩擦磨損試驗也表明復合處理試驗的磨耗量大大小于單獨處理的試樣。缺口疲勞試驗表明，PC 單獨處理的試樣缺口疲勞壽命比未處理試樣要低，而經PC+DR 及DR 單獨處理試樣的疲勞壽命均大幅度提高。將以上試驗結果應用于TC4 鈦合金緊固件螺栓，將棒材頭部熱鍛后經固溶時效熱處理后，切削、研磨加工成螺栓坯件，進行等離子低溫滲碳處理后，在頭部與軸部間的肩部進行DR 處理，在其徑部加工螺紋。測試表明，這種螺桿與未改性螺桿相比，緊固軸力非常高，螺紋面摩擦系數小，具有高的緊固力，緊固試驗后的SEM 觀察表明，改性處理后磨耗痕跡極小，無剝落及裂紋，疲勞強度高，具有良好的緊固性能。吳全興摘譯自《チタン》