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锆钛基合金组织力学性能及摩擦磨损行为研究

锆钛基合金组织力学性能及摩擦磨损行为研究

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作者：刘超燕山大学

学位级别：硕士

锆与钛两种元素位于元素周期表的同一副族(IVB),具有相似的物理化学性质。室温下能形成密排六方(hcp)结构的无限固溶体。锆钛合金在某些方面具有比纯钛和纯锆更优异的性能,如:生物性能、腐蚀性能、摩擦磨损性能及力学性能,在生物、化工... 详细信息

锆与钛两种元素位于元素周期表的同一副族(IVB),具有相似的物理化学性质。室温下能形成密排六方(hcp)结构的无限固溶体。锆钛合金在某些方面具有比纯钛和纯锆更优异的性能,如:生物性能、腐蚀性能、摩擦磨损性能及力学性能,在生物、化工、航空等诸多领域具有许多潜在的价值,其成分及组织调控还有很大的探索空间。在金属材料的众多失效形式中,由磨损失效而造成的损失达到一半之多,探索合金的摩擦磨损性能是评估新材料的一个重要方面。所以研究具有综合力学性能的锆钛合金和掌握锆钛合金的摩擦磨损性能对航空、航天材料的发展是有重要意义的。基于如上所述的现状,本文通过合金化的方法向锆钛二元基体合金中添加镍元素来提高锆钛基体合金的综合力学性能。同时,研究新型锻造态的ZrTiAlV合金摩擦磨损性能及相应的磨损机制。以锆钛二元合金为基体合金,分别向基体合金中添加不同含量的镍元素,制备ZrTiNi合金。用真空非自耗熔炼炉制备四种成分的ZrTiNi合金并研究其相组成、组织变化及力学性能变化。研究结果表明:随着镍元素的加入,ZrTiNi合金中形成了新相,相组成由原来单一的α相转变为α相和c14两相;α板条的宽度逐渐变小;当镍的加入量为3 wt.%时,ZrTiNi合金有最好的综合力学性能,此时合金的断裂强度为1715 MPa,延伸率为9.70%。对四种不同锻造态的ZrTiAlV(χ=0,20,47,51 wt.%)合金进行不同载荷条件下的摩擦磨损实验,研究其摩擦磨损行为并用SEM观察合金磨损后的表面形貌分析磨损机制。研究结果表明,随着载荷的增加,合金的摩擦系数逐渐减小。在低载荷条件下(1N和2N),20Z合金表现出较低的摩擦系数和较低的磨损率,有更好的耐磨性,主要的磨损机制为轻微的磨粒磨损和轻微的黏着磨损共存;在高载荷条件下(5N和10N),51Z合金表现出较低的摩擦系数和磨损率,有更好的耐磨性,主要的磨损机制为轻微的磨粒磨损。

关键词：锆钛合金 c14拉夫斯相力学性能摩擦磨损行为磨损机制

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