Ti-6AI-4v合金激光气体合金化组织和耐磨性研究.pdfVIP

Ti一6AI_4V合金激光气体合金化组织与耐磨性研究+ 何秀丽 李晓轩 王华明 北京航空航天大学 北京市海淀区学院路37号100083 陈清明 郑启光 许德胜 华中理工大学 湖北省武汉市洪山区珞喻路151号430074 摘要： 行表面改性，制得了以硬质耐磨TiN为增强相的新型快速凝固“原位”耐磨复合材料 表面改性层。激光气体合金化后T撕A14V合金的耐磨性大幅度提高。结果表明，激 光气体含金化是一种有效提高T“AL4V合金耐磨性的表面改性新技术。 关键词： 钛合金，激光气体合金化，耐磨性 l前言 钛合金具有比重小、比强度高、抗蚀性优异、耐热性好等突出优点，在航空发动机领域 中被广泛地用作压气机盘、压气机叶片及风扇叶片等关键零部件。但钛合金的摩擦系数大， 耐磨性差，严重地影响了钛台金的使用性能，限制了其在工程上的应用范围。 激光表面改性技术作为一种无接触、无污染、高效、灵活的先进表面改性技术，己广泛 地应用于提高铁基及镍基等有色合金的耐磨、耐蚀性能【l“。本文利用激光气体合金化技术对 2实验万法 望竖堕：：堕焦：煎壁复金挫～——一一一——’ mm和10x12×47nlm大小的块状试样， 利用线切割把Tj-6AJ—v合金切成5×12×47 12x47rnlla的面作为激光处理面。在氮气气氛中利用9kW连续C02激光器在氮气气氛中对 能激光束的辐照作用下与表面熔池中的高温钛合金金属液发生合金化作用。实验装置如图1 所示。实验中系统改变了激光束扫描速度、气体压力、试样预热温度等参数，以考察其对激 mm／s， 光气体台金化组织与性能的影响。激光气体合金化工艺参数为：激光束扫描速度2．6～25 激光束功率3～6kw，气体压力02--0．45atm，束斑直径1～4mill，试样预热温度300～700℃。 。 和化学成分；在100 g载荷下测试表面改性层的显微硬度；在MM200型磨损实验机上测试表 耍墼丝星塑、滑塾型堕竺：壅坠堕里墨堕!：窭鉴量墼坌型塑!盗塑热煎!!：!盟!这堑蕉垫速 家重点实验室开放基金资助项目。 490 度400 53+3，试环内、外径分别为16mm和44mm。采用失重法测试试块的磨损性能。 ——+扫描方向 载荷 激光 化表 票燕＼．，捌羚．＼ 黟 髑糯_》＼ 池 基体 图2滑动磨损原理示意图 图1激光气体合金化实验装置示意图 3实验结果与讨论 3．1显微组织 激光气体合金化过程中，氮气与激光熔 池中高温钛合金金属液之间发生强烈的化学 及冶金交互作用而溶解进入熔池发生合金化 作用，快速凝固后在钛合金表面改性层中形 成大量胞枝状及树枝状TiN组织(如图3所、 示)，从而制得了以树枝骨架状硬质耐磨TiN 为增强相的快速凝固“原位”耐磨复合材料 表面改性层。 图3 T洒Al-4V合金激光气体合金化表面 改性层中TiN枝晶组织(激光束扫描 速度10mm／s；，激光功率3．45kW) 激光束扫描速度对T尚A1_4V合金激光