激光表面复合合金化对钛合金高温性能的影响论文

本科毕业设计（论文）题 目：激光表面复合合金化对钛合金高温性能的影响 _ 英文题目：The effect of laser surface alloying on high temperature properties of titanium alloy 学 院：_专 业：_姓 名：_学 号：_指导教师：_ 2015年12月8日 摘要 TC4合金是国际上一种通用型钛合金，其用量占钛合金总消耗量50左右。TC4合金是钛合金中最具代表性的材料。因此也最具有研究价值。TC4合金具有良好的低温性能，可制作在-196°C下使用的低温容器。但是随着工业技术的不断发展，对钛合金的使用工作环境要求不断提高。传统的钛合金的一些突出弱点如硬度低，耐磨性差，特别是高温下易氧化限制了其应用范围。钛合金的抗氧化性能主要取决于在服役条件下表面能否形成致密的保护性氧化膜。当工作温度超过600°C时，TC4钛合金中含有6左右的铝不足以在表面形成连续致密的Al2O3氧化膜，氧化时形成由多孔的TiO2为主的氧化膜，抗氧化能力差。 本次设计的题目是激光表面复合合金化对钛合金高温性能的影响，文中主要研究利用激光表面合金化技术在TC4合金表面制备Ti-Al-Nb-Si合金化层，利用合金化层在高温氧化环境中形成具有保护性的氧化膜来改善TC4合金的抗高温氧化性和摩擦磨损性，以此来提高TC4合金在高温环境下的使用性能。关键词：TC4；钛合金；材料；性能II Abstract窗体顶端TC4 alloy is a universal international titanium alloy, the total consumption which accounts for about 50% titanium. TC4 titanium alloy is the most representative of the material. Therefore, most research value. TC4 alloy has good low temperature performance, can be made at -196 ° C cryogenic vessels under use. However, with the continuous development of industrial technology, the use of titanium work environment increasing demands. Some prominent weaknesses of traditional titanium alloys such as low hardness, poor wear resistance, especially at high temperatures easily oxidized limits its scope of application. Antioxidant properties of titanium alloys depends mainly on the conditions of service under a dense protective oxide film surface can be formed. When the temperature exceeds 600 ° C, about 6% of the aluminum alloy contains insufficient TC4 Al2O3 oxide film on the surface of a dense continuous formation of a porous TiO2-based oxide film formed oxidation, antioxidant capacity is poor.  The topic is the impact of design laser surface alloying of high-temperature properties of composite titanium, the paper mainly studies using laser surface alloying technology in the preparation of the surface of TC4 alloy Ti-Al-Nb-Si alloy layer, the use of alloyed layer at high temperatures protective oxide film formed in oxidizing environment to improve high temperature oxidation resistance and friction wear resistance TC4 alloy TC4 alloy in order to improve performance in high temperature environments. Keywords：TC4 ,Location, Clamping, Process 青岛XX学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）目 录摘要IAbstractII1绪论1 1.1激光复合合金化工艺的制定原理及方法1 1.2激光表面合金化涂层组织特性与性能2 1.3激光表面复合合金化国内外的发展现状4 1.4本课题研究的主要内容52激光表面合金化层的综合分析6 2.1激光合金化存在的问题63 激光合金化技术的发展前景及研究方向74 激光表面合金化层的物相结构与组织分析95 激光表面合金化层的抗高温氧化性能分析116 激光表面合金化层的高温摩擦学特性分析13 6.1高温摩擦学的定义14 6.2高温摩擦的背景16 6.3高温摩擦磨损实验及试验机18 6.4影响高温摩擦系数的因素19结论20致谢21参考文献221 绪论 由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。现代机械工程机械和机械设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。又一方面实践促进人脑智力。在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。 大脑和手之间的人工智能和机械工程的近似关系，唯一不同的是，智能硬件还需要使用机械制造。在过去，各种机械离不开人类的操作和控制，反应速度和运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统，人工智能将消除这种限制。相互促进，计算机科学和机械工程进展之间的平行，将在更高层次的新一轮发展的开始使机械工程。在第十九世纪，机械工程的知识总量仍然是有限的，大学在欧洲，它与一般的土木工程是一门综合性的学科，称为土木工程，下半场的第十九个世纪成为一门独立的学科。在第二十世纪，随着机械工程和知识增长的发展开始分解，机械工程专业，有分支机构。在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。由于机械工程的知识总量已经远远从个人掌握所有，一些专业是必不可少的。但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块的技术，外部条件变化的适应能力差。封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。综合职业分化和发展知识循环过程的合成，是合理和必要的。从不同的专业和专业知识的专家，也有综合的知识了解不够，看看其他学科和项目作为一个整体，从而形成一种相互强烈的集体工作。综合和专业水平。有机械工程全面而专业的冲突；在综合性工程技术也有综合和专业问题。在人类所有的知识，包括社会科学，自然科学和工程技术，有一个更高的水平，更广泛的综合性和专业性的问题。 自70年代以来,我国开展了激光处理的研究,开发和应用。四十多年以来， 我国的激光处理已取得了可喜的成绩,有些研究成果已达到了国际领先水平。激 光处理技术已在工业上取得了广泛的应用。例如,西安内燃机配件厂1990年10 月建成全国第一条缸套激光热处理生产线,至1998年底已建成24条激光热处理 生产线,生产能力达到年产 120 万只激光缸套;青岛中发激光技术有限公司已开发生产了5种型号的激光强化机,据统计,该公司产品已在国内 80 家汽车大修厂、镗缸磨轴厂、缸套厂、大专院校和科研院所使用,取得了明显的经济效益。激光热处理主要包括激光硬化、激光合金化和激光熔覆。其中激光合金化和激光熔覆是在激光硬化的基础上发展起来的新工艺,这二种方法均具有改变基材表面的组织能力,同时还具有改变基材表面成分的能力。这二种方法为在各类材料生成与母材结合良好的高性能(或特殊性能)的表层提供了有效途径。目前,对激光合金化和激光熔覆两种处理还没有严格的定义和区别,一般认为母材表面成分改变相对较少的方法称激光合金化,而对母材表面成分改变较大或熔覆一层与母材成分完全不同的表面层的方法称激光熔覆。 目前激光熔覆的主要应用是提高材料的耐磨性,在零部件的局部表面制备高耐磨的熔覆层;提高材料的耐腐蚀性,即在材料表面熔覆一层具有高耐腐蚀性的合金层;改变母材表面性能,形成一层具有特殊 性能的表面层。如重庆大学在完成了奥氏体不锈钢表面同步实现合成与涂覆工艺 制备生物陶瓷基础上,在比强度高,耐蚀性好、 医疗用途更广泛的钛合金表面成功地实现激光束一步合成和涂覆Ca5(PO4)3#(OH) 羟基磷灰石 (HA) 的生物陶瓷涂层。该熔覆层具有优良的力学性能,也改善了植入材料弹性模量与生物模量及生物硬组织的匹配性。 1.1 激光复合合金化工艺的制定原理及方法 (1)激光表面合金化选材原则 在选择合金化材料时,首先应考虑合金化涂层的性能要求,其次要考虑合金 化元素与母材金属熔体间相互作用的特性,还要