熱氧化TC4的制備及其力學性能研究.pdf

1、鈦及鈦合金因密度小、比強度高、良好的耐蝕性和優(yōu)異的生物相容性等優(yōu)點被廣泛地應用于諸多領域。但由于其導熱系數(shù)小、表面承載能力低、摩擦系數(shù)大、易發(fā)生粘著磨損以及耐腐蝕性差等缺點限制了應用范圍。已有研究表明，表面改性技術能夠有效提高鈦合金的表面性能。
　　本文選取700℃、10h熱氧化處理工藝在TC4鈦合金表面制備了氧化層，并初步分析其成分、硬度、耐磨性及耐蝕性。借助準靜態(tài)壓縮實驗、納米壓入實驗與分離式Hopkinson壓桿壓縮實驗，研

2、究其靜動態(tài)力學性能。通過處理獲得的實驗數(shù)據(jù)，擬合室溫下熱氧化TC4的Johnson-Cook本構方程和雙線性彈塑性模型。利用ANSYS/LS-DYNA對沖擊過程進行模擬，結合斷裂形貌分析其斷裂機理以及氧化層對材料在沖擊變形過程中的影響。此外，針對不同熱氧化溫度（600-750℃）處理10h，700℃不同熱氧化時間（10-50h）對TC4靜動態(tài)力學性能影響，本文也做了相關研究。主要研究成果如下：
　　1）700℃、10h熱氧化處理后

3、，在TC4鈦合金表面形成一層由金紅石型TiO2構成的氧化膜，使得試樣表面顏色由銀白色變成灰褐色，顯微硬度從300HV0.05提高到600HV0.05，氧化膜的存在提高材料表面的耐摩擦磨損性，并延緩了材料的腐蝕。
　　2）700℃、10h熱氧化處理后TC4鈦合金的表面硬度和彈性模量得到提高，室溫、準靜態(tài)下的應變強化率和屈服強度也得到了提高。
　　3）TC4基材和經(jīng)700℃、10h熱氧化處理的TC4的應變率敏感性都比較低；700

4、℃、10h熱氧化TC4的動態(tài)應變硬化效應增大；700℃、10h氧化后TC4的沖擊塑性在低應變率下得到提高，并隨著應變率的增大，有著逐漸減弱并變差的趨勢。
　　4）不同工藝條件下熱氧化處理對準靜態(tài)下材料的屈服強度和應變強化率有一定的影響。綜合分析，700℃、10h熱氧化處理后TC4鈦合金具有最佳的準靜態(tài)力學性能。
　　5）不同工藝條件下熱氧化處理沒有影響材料的動態(tài)屈服強度，提高了材料的動態(tài)流變應力，改變了材料的沖擊塑性。綜合屈