激光表面硬化工艺对TC4钛合金表面硬度和硬化层深度的影响.pdf

试验研究收稿日期:作者简介:费琳()女上海人工程师主要从事材料理化分析和实验室质量管理工作联系电话:.激光表面硬化工艺对 钛合金表面硬度和硬化层深度的影响费 琳王 鹏赵新娥.上海轨道交通检测认证(集团)有限公司上海.陆装驻上海航空军代室上海摘 要:对 钛合金分别进行了真空固溶和时效处理及激光固溶和时效处理的试验 结果表明:合金 真空固溶处理随后 时效处理后的硬度平均为.经工艺激光固溶处理随后 时效处理后的合金硬度为.后者比前者高.经工艺激光固溶处理随后 时效处理后的 合金硬度为.比真空固溶处理随后时效处理的合金高.经工艺激光固溶处理的 合金硬化层深度约为.经工艺激光固溶处理的合金硬化层深度约为.经工艺激光固溶处理的合金表面发生重熔硬度波动较大关键词:钛合金激光表面硬化固溶处理时效中图分类号:.文献标志码:文章编号:().().:.().().().().:引言钛和钛合金具有高强度、良好的耐热性和耐蚀性等特性在航天、航空、核电、造船及汽车等领域应用广泛在轴承行业也崭露头角具有良好的发展前景 是钛合金中可以热处理强化的 型钛合金 也是应用最广泛和最重要的一类钛合金 激光用于金属表面热处理由于其加热和冷却过程中过热度及过冷度均大于常规热处理可获得细化和超细化金属表面组织由此可获得更高的表面硬度 因此可利用激光表面改性技术应用于钛合金以提高钛合金表面的耐磨性 本文对 钛合金进行了不同工艺的激光表面强化处理研究不同工艺的激光表面强化处理对其表面硬度和热处理 年第 卷 第 期硬化层组织的影响并与其他固溶处理工艺进行了对比 试验用原材料试验用 钛合金原材料化学成分见表 从表 的数据可以看出其 含量为.(质量分数下同)含量为.钛含量约.杂质单一含量为.总和为.试验用 钛合金原材料化学成分符合/.钛及钛合金牌号和化学成分标准值试验用 钛合金原材料硬度见表 其硬度为.表 试验用 钛合金原材料化学成分(质量分数)单位:项目主要成分杂质单一总和标准值余量.测试值.表 试验用 钛合金原材料硬度 单位:项目测试值平均值硬度.试验结果与检测分析.钛合金退火工艺试验与检测分析试验用 钛合金退火温度为 保温时间为 试验用 钛合金退火工艺与硬度的关系见表 从表 的数据可以看出试验用 钛合金退火后硬度为.略高于原材料的硬度(.)试验用 钛合金原材料的退火组织如图 所示其显微组织为趋等轴状初生 表 试验用 钛合金退火工艺与硬度的关系试样编号退火工艺退火温度/保温时间/硬度/测试值平均值.图 试验用 钛合金原材料的退火组织.钛合金真空固溶时效处理工艺试验与检测分析 真空固溶处理采用 双室油气淬火炉真空时效采用 真空加压回火炉 试验用 钛合金真空固溶处理与硬度的关系见表 试验用 钛合金固溶后时效处理与硬度的关系见表 从表 的数据可以看出试验用 钛合金真空固溶处理后的硬度为.高于退火后硬度(.)和原材料的硬度(.)从表 表 钛合金真空固溶处理与硬度的关系试样编号固溶处理固溶温度/保温时间/冷却方式硬度/测试值平均值油.表 钛合金固溶后时效处理与硬度的关系试样编号时效处理时效温度/保温时间/冷却方式硬度/测试值平均值.空冷.热处理 年第 卷 第 期的数据可以看出 钛合金真空固溶时效处理后的硬度在.以上在 时效后的硬度最高为.比原材料的硬度(.)高出.比固溶处理(.)高.钛合金激光表层固溶时效处理工艺试验与检测分析 试验用 钛合金激光表层固溶处理采用光纤耦合半导体激光器()激光表层固溶处理采用两种工艺方案激光固溶处理工艺():激光功率 移动速度 /焦距 光斑 激光固溶处理工艺():激光功率 移动速度 /焦距 光斑 )激光表层固溶处理工艺与硬度的关系试验用 钛合金激光表层固溶处理与硬度的关系见表 试验用 钛合金激光表层固溶处理时效处理与硬度的关系见表 表 钛合金激光表层固溶处理工艺与硬度的关系试样编号激光表层固溶处理工艺焦距/光斑/移动速度/功率/硬度/测试值平均值 .注:试样编号为激光固溶处理工艺()试样编号为激光固溶处理工艺()表 钛合金激光表层固溶处理后时效工艺与硬度的关系试样编号时效处理时效温度/保温时间/冷却方式硬度/测试值平均值.空冷.空冷.注:试样编号为激光固溶处理工艺()试样编号为激光固溶处理工艺()从表 的数据可以看出试验用 钛合金激光表层固溶处理工艺()后的硬度为.激光表层固溶处理工艺()后的硬度为.均高于真空固溶处理硬度(.)从表 的数据可以看出试验用 钛合金激光固溶处理工艺()时效后的硬度在.以上在 时效后的硬度最高为.比真空固溶处理时效的硬度.高出.从表 的数据可以看出试验用 钛合金激光固溶处理工艺()时效后的硬度在.以上在 时效后的硬度最高为.比真空固溶处理时效的硬度.高出.)激光表层固溶处理工艺与硬化层组织的关系试验用 钛合金激光固溶处理工艺()时效()后距表面约.区间内组织为 基体上分布有少量等轴状初生 晶粒表层组织为细针状马氏体外表面有重熔现象过渡区组织为初生 相心部仍为退火态组织如图 所示图 激光固溶处理工艺()时效()的金相图片热处理 年第 卷 第 期试验用 钛合金激光固溶处理工艺()时效()后距表面约.区间内组织为 基体上分布有少量等轴状初生 晶粒表层及过渡区组织为初生 相心部仍为退火态组织如图所示图 激光固溶处理工艺()时效()的金相图片 讨论及结论)硬度试验用 钛合金激光表层固溶处理工艺()后的硬度为.激光表层固溶处理工艺()后的硬度为.均高于真空固溶时效的硬度(.)试验用 钛合金激光固溶处理工艺()时效后的硬度在.以上在 时效后的硬度最高为.比真空固溶处理时效的硬度.高出.试验用 钛合金激光固溶处理工艺()时效后的硬度在.以上在 时效后的硬度最高为.比真空固溶处理时效的硬度.高出.)硬化层组织与深度 钛合金一般在 固溶处理后组织呈等轴状而高于 以后组织会呈片状、针状更高温度下会形成马氏体 但钛合金中马氏体不像钢铁材料中的马氏体那样有很高的强度及硬度 本试验中激光固溶处理工艺()的实际表层加热温度超过了 因此出现马氏体形态且强化层也相对较厚 钛合金激光固溶处理工艺()固溶强化层深度约为.激光固溶处理工艺()固溶强化层深度约为.)综合评价激光固溶处理工艺参数只是激光功率不同虽然激光固溶处理工艺()的硬度比激光固溶处理工艺()的高强化层厚但激光固溶处理()的表面出现重熔的现象表面硬度波动较大 适当的激光固溶处理工艺可以提高 钛合金的硬度可提高 钛合金轴承的耐磨性参考文献 马亚芹杨闯.钛合金的表面强化技术.现代机械():.段冰冰王治国蔡晋等.钛合金表面纳米强化研究进展.表面技术():.田永生陈传忠王德云等.钛合金的激光表面处理研究进展金属热处理():.赵永庆辛社伟陈永楠等.新型合金材料 钛合金.北京:中国铁道出版社.任颂赞陈德华.金属材料及工艺的金相分析.上海:上海科学技术文献出版社.(上接第 页)图 锻件的晶粒形态参考文献 中国航空材料手册编辑委员会.中国航空材料手册(第二卷).北京:中国标准化出版社.郭建亭.高温合金材料学应用基础理论(上).北京:科学出版社.庄景云杜金辉邓群等.变形高温合金.北京:冶金工业出版社.师昌绪仲增墉.我国高温合金的发展与创新.金属学报():.中国金属学会高温材料分会.中国高温合金手册 上卷.北京:中国质检出版社.魏 丽李晓婷顾 超等.固溶热处理工艺对 高温合金组织和力学性能的影响.热处理():.热处理 年第 卷 第 期