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鈦及鈦合金氮化和氫化處理的改性工藝

來源:鈦板,鈦棒,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-11-3 12:50:02
鈦及鈦合金具有比強度高、耐腐蝕、無磁性、低阻尼、高低溫性能好、與炭復合材料的相容性好、與生物相容性好等突出優點,但其耐磨性和硬度很差,為了解決這方面的不足,真空氮化鈦膜層工藝很好的節約了這方面的問題。為此現將氮化鈦退鍍方法做些介紹,可對大批量生產中出現的有缺陷的膜層應進行及時退除。
 
氮化堅硬而導電氮化鈦的生成熱超過所有的氧化鈦。因此也必須注意,要在完全脫除氧的條件下進行滲氮處理。www.dtjoud.co鈦同氮隨著時間按照拋物線規律進行表面反應。因此,滲氮速度隨著滲氮時間的增加而減低。因為氮在外氮化鈦層中的擴散速度小于下面的鈦固溶液體區的擴散速度,而不可能形成厚氮化層,氮或氨必須具有較髙的純度。因為氧不僅妨礙氮化層的形成,而且還能在較髙溫度條件下引起表面層除去氧化皮,水分的含量(濕度)必須最少達到這樣的程度,即使之達到的熔點。滲氮層的厚度隨著溫度的升髙而增加,并且在大約850度溫度條件下經過16-24小時之后達到具有HV大于3OOOMPa硬度、0.025-0.1mm厚的滲氮層。再延長滲氮時間基本上不會帶來硬化深度的增加。較髙的溫度導致基體材料晶粒長大,并且由于受缺口應力集中及內應力作用的硬化邊緣區引起可塑性(變形性能)降低。在采用TiA15Sn2.5鈦合金條件下,即使在950度溫度條件下經過16小時之后也只能獲得具有HV大于5OOOMPa的大約0.05mm的硬化層深度。在相同的條件下采用氨進行滲氮,就像應用氮滲氮一祥可達到較高的表面硬度和較大硬化深度。可是同時獲得了氫被吸收的結果,所以必須再經過真空退火消除它。
 
氮化鈦具有高硬度、耐磨、抗腐蝕及良好的裝飾性能。世界范圍內鈦的生產加工中50%以上鈦材應用在航空領域,飛機的輕量化是航空業發展不變的主題,今后20年間新客機需求量大概為1萬架左右,今后主要機種的輕量化將使鈦及鈦合金的用量大增。而在其他領域,鈦的需求增長主要集中在海水淡化設備、LNG設備、原子能發電所、氯堿設備、PTA 設備、大型建筑物的屋頂、船舶、醫療外科等領域。
在滲氮時可能形成各種不同的區,如果氧含量不髙,形成由氮化鈦組成的外區,具有金黃色并且硬度為14000-17000MPa,可是這種氮化鈦層很傅因較低的氮化溫度時或者繼而進行髙溫加熱(退火)時,氮就完全溶解到金屬表面的鈦固溶體里去了,激化鈦層不再增加或者在某個熱處理工序中消失因此,在發現氮化鈦層時鈦固溶體層巳經溶解到氮中去了這層也具有高的硬度,但是芯部硬度降低。在采用氨氣進行滲氮時,由于滲透氫的作用而出現附加的組織變化。由于在40度溫度下氫和氮對轉化溫度的相反(對立)作用而觀察到,首先隨著滲氮時間的增加而導致a-表層的含氮層厚度增加,經過較長時間滲氮之后,這個層的范圍又縮小,因為通過試樣氫含量增加而轉變成金相(這樣一來,正如所見到那樣,硬化深度不會受到影響。在同一條件下滲氮而產生的硬化區表明有一陡峭的硬度下降區,在上邊列舉出的滲氮條件下一直到大約0.1mm深度的硬化層達HVS3OOOMPa的硬度。鈦合金可以在相似的條件下像鈦那樣滲氮。在鈦合金滲氮條件下,由于氮在鈦固溶體和鈦固溶體中的溶解度及擴散速度不同而使其擴散區的層厚波動(變化在質量分數為30%-100%NaCN的熔鹽浴槽中進行鈦的表面硬化處理時,在800度條件下經過1-2小時表面硬化可達到HV接近6000MPa(HRC60)由于磨蝕特征得到了改進,同沒有處理的材料相比,疲勞強度大多減少1/3以上。
 
及鈦合金的氫處理技術是材料科學與工程領域一個比較活躍的研究方向。目前,氫處理技術在鈦合金的熱加工、機械加工、粉末固結、復合材料制備、微觀組織細化等研究中得到了應用,已形成一個獨特的研究領域。利用氫處理技術改善鈦合金的超塑性性能是一個重要的研究方面,至此,許多學者利用氫處理效應改善了鑄鈦、變形鈦合金和鈦鋁金屬間化合物的超塑性性能。
 
現代超塑性變形理論認為,晶界滑移是超塑性變形的主要方式,擴散和晶內及晶界的位錯運動是晶界滑移的主要協調機制。在鈦合金超塑性成形中,B相以擴散蠕變或位錯蠕變為主:A相以晶界滑移為主,通過擴散和位錯運動共同協調;A與B兩相間的流動以A與B相界遷移來完成。氫在對鈦合金超塑性成形中主要起到以下作用:(1)氫的加入提高了合金元素的擴散能力,導致B相擴散蠕變和A相的晶間滑移的增強。(2)氫的擴散激活了釘扎的位錯,促進了位錯的攀移和滑動,提高了B晶粒的滑動能力,有利于A/A晶界滑動所要求的位錯協調作用。(3)氫致弱鍵效應,降低了擴散激活能,增強了原子擴散能力,改善了超塑性流動能力。(4)從Ti2H相圖上可以看出,氫的加入明顯降低了B\A+B轉變溫度,提高了B相的體積分數,直接導致塑性的提高和流動應力的降低,使鈦合金可以在較低的變形溫度和較高的變形速率下進行超塑性成形。
 
目前,運用氫處理技術提高鈦合金的超塑性性能的途徑有兩種:(1)利用氫的增塑性效應,在鈦合金超塑性成形之前加入適量的氫,提高鈦合金中B相的比例,降低超塑性變形時的流動應力,達到改善鈦合金超塑性性能的目的。(2)利用氫處理細化鈦合金的微觀組織,結合塑性變形技術制備超細晶鈦合金,使鈦合金在較低的變形溫度和較高的變形速率下具有優異的超塑性性能。
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