毕业设计开题报告-原位自生TiBwTi60钛基复合材料摩擦磨损性能研究

1、本科毕业论文开题报告 题 目：原位自生TiBw/Ti60钛基复合材料摩擦磨损性能研究院 （系）： 材料科学与工程学院 班 级： 金属08-2班 姓 名： 学 号： 16 指导教师： 黑龙江科技学院本科毕业论文开题报告题 目原位自生TiBw/Ti60钛基复合材料摩擦磨损性能研究来源科研项目1、研究目的和意义研究目的： 通过摩擦磨损试验机对6.8%TiBw/Ti60钛基复合材料及基体Ti60合金进行摩擦磨损试验。测定在不同载荷不同时间下的摩擦系数和磨损量，并且分析基体组织的变化对摩擦磨损性能的影响规律。利用扫描电子显微镜对磨损后磨面形貌和磨屑形貌进行分析，探讨TiB晶须对复合材料摩擦磨损性能的影响，最后利用所得的实验结果来揭示该材料的摩擦磨损机理。研究意义：在金属基体中加入碳化物、氮化物、硼化物、氧化物等陶瓷粒子不仅可以提高材料的比强度、比弹性模量、比刚度等性能，而且还可以有效的改善材料的耐磨损性能。由于钛合金的摩擦系数大，传热性差，因此钛合金的抗摩擦磨损性能较差，目前主要是通过表面处理技术来提高其摩擦磨损性能，而对于钛基复合材料的摩擦磨损性能研究还很少。所以研究钛基复合材料的摩擦磨损性能

2、具有重要的理论意义与实践价值，并对同类材料的摩擦磨损性能研究起到良好的借鉴与指导作用。2、国内外发展情况(附参考文献)钛合金具有密度小、比强度高、耐腐蚀及高、低温力学性能好等优点, 被广泛用于航空航天、电力、化工及生物医学等工程领域的结构材料 但钛合金的抗塑变剪切能力和抗氧化能力不佳, 这使得其耐磨性能很差1。为了消除钛合金的上述性能缺陷, 近年来人们针对原位自生TiB 增强钛基复合材料开展了大量的研究2-4，这种复合材料中原位合成的TiB 增强相具有热力学稳定、尺寸细小、分布均匀且与基体界面洁净和结合良好等特点, 同时可以有效地提高钛合金的耐磨性能。与此相适应, 人们针对钛基复合材料和钛合金表面熔敷钛基复合材料的磨损性能及其磨损机制开展了研究5-7。然而, 目前尚不清楚增强相对基体金属耐磨性能的具体影响及显微组织的变化特点, 这显然不利于深入认识钛基复合材料的磨损机制。Yamamoto8的研究指出，用原位自生方法制备的TiB/Ti复合材料的耐磨性由于TiB的引入而得到了极大的提高，并且随着B/Ti原子比的增加，材料的磨损量明显下降，当这一比值为0.4时，复合材料的磨损量约为未增强材料

3、的7-9%。张松9等研究发现原位自生的的TiC/Ti激光熔敷层的磨损机制为碳化物被挤压和复合材料基体的犁削方式。张幸红10在研究利用自蔓延方法原位自生制备的TiB-40Ti复合材料的摩擦磨损性能时指出，由于TiB的存在，复合材料的磨损性对Ti-6Al-4V合金得到极大的提高，甚至比金属基陶瓷TiC/Ni表现出更为优良的耐磨性，并指出TiB/Ti的磨损机制为粘着磨损、磨粒磨损和硬质相的剥落的综合结果。尚俊玲11在研究熔铸法原位自生制备的TiB/Ti复合材料的摩擦磨损性能时指出，由于TiB晶须对基体合金的保护作用，使得钛基复合材料具有远优于基体合金的耐磨性能，复合材料的磨损速率仅为其基体的1/3-1/2。并且由于铸件表层的TiB晶须垂直于表面分布，更进一步提高了的材料的耐磨性能。复合材料的磨损机制为犁沟磨损、粘着磨损、和剥层磨损的相结合方式。并且指出，随着载荷的增加，粘着磨损情况变得严重。王玉林12等在研究TiC颗粒增强钛基复合材料的摩擦磨损性能的实验中，采用Ti粉末分别与碳化物Mo2C和VC粉末混合，通过冷等静压、真空高温烧结原位生成6种不同成分的TiC颗粒增强钛基复合材料，用UMT-3

4、型摩擦试验机研究合金元素Mo和V以及Mo2C、VC添加量对钛基复合材料干磨擦性能的影响。测定不同样品的洛氏硬度和基体的显微硬度，用金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD) 观察和分析样品的表面形貌和成分。结果表明：随着Mo2C和VC添加量增加，钛基复合材料的硬度略有增加，但摩擦因数增大，磨损量增加，说明耐磨性与硬度并不是简单的正比例关系。随着载荷增加，摩擦因数降低，在载荷为30 N的条件下，Mo2C添加量(质量分数)分别为3、6、12的材料，其摩擦因数分别为0.4432、0.4402和0.4683，磨损量分别为8.5、8.9和11.4mg：VC的添加量(质量分数)分别为3、6、12的材料，摩擦因数分别为0.467、0.4436和0.4621，磨损量分别为10.5、11.9和17.1mg，二者的摩擦因数差别不大，但添加Mo2C的材料样品的质量磨损明显低于添加VC的样品，原因是添加Mo2C的复合材料基体硬度较高，Mo对基体的强化作用更好。李邦盛13等在研究原位TiB晶须增强钛基复合材料的磨损机制的实验中，采用自蔓延和熔模精铸相结合方法制备了原位TiB晶须增强的钛基复合材料，采用X射线衍射

5、、扫描电子显微镜对复合材料的相组成和显微组织进行了研究，并且采用销-盘式摩擦磨损试验机对该复合材料的耐磨损性能进行了评价。结果表明：TiB晶须在基体中分布均匀，尺寸细小，具有高的长径比；与基体合金相比较，钛基复合材料具有良好的抗磨损性能，且增强相长径比高的钛基复合材料的耐磨性能更好。并且根据磨损表面、磨屑形貌以及剖面显微组织特点，提出了表面“MML”区、次表层“滑移区”相结合的磨损机制。受磨损过程影响，磨屑的内部形貌呈“皱褶状”。武万良14等在研究Ti-6A-4V合金及其表面Ti+TiC激光熔覆层的摩擦磨损性能的实验中，Ti-6AI-4V合金表面进行了Ti+33Vol.TiC的激光熔覆试验研究，分析了熔覆层的显微组织，测试了熔覆层的干滑动摩擦磨损性能。结果表明，熔覆层的组织为TiC弥散分布的钛基复合材料。Ti+33Vol.TiC熔覆层与GCrl5钢对磨时摩擦系数徘徊在0.47-0.66之间变化，比Ti-6A1-4V合金与GCrl5钢对磨时摩擦系数高。熔覆层的耐磨性与Ti-6A1-4V合金相比有明显的提高。田荣鑫15等在研究TC17 钛合金铣削刀具磨损对残余应力影响的实验中，为了获得高性

6、能航空发动机用 TC17 钛合金材料铣削过程中刀具磨损对残余应力的影响规律，通过对不同刀具后刀面磨损量下铣削工件表层残余应力的测试，建立了刀具磨损对残余应力的影响关系，并对影响机理进行了分析。结果表明：硬质合金刀具低速铣削钛合金时，刀具对已加工表面的挤光效应引起的残余压应力占主导地位；不同刀具后刀面磨损量下，残余压应力沿深度方向先增大达到一个最大压应力值后，然后减小趋向于零应力；表面残余应力、最大残余压应力以及残余应力的影响深度都随刀具后刀面磨损量的增大呈增大趋势。从上面分析不难看出，由于纯钛的硬度较低，塑性较好，在摩擦过程中粘着分量和微凸体变形分量所占的份量较大，犁削分量所占的份量较小16。纯钛的导热系数低，在摩擦磨损过程中产生的热量散发困难，造成材料表面局部温度升高，硬度下降，从而使两对磨面的实际接触面积大，接触不光发生在微凸体之间，在局部区域会发生小块面积接触，这使得摩擦粘着阻力很大，同时表面的变形堆砌层形成较快，厚度增大，造成整块撕裂的剥层数量增多，尺寸增大。当载荷增大时，材料的塑性变形加大，摩擦接触面积就会相应增大，而且摩擦接触点处材料的变形随温度的升高易于进行，这使得流变滑

7、移量增大，这是纯钛基体的摩擦系数高的主要原因。另外，随着载荷的增加，摩擦表面的温度升高，纯钛Ti摩擦表面的氧化膜生成速率和厚度均增大，使得氧化膜破碎脱落形成磨屑量增大。这样使纯钛材料的摩擦系数呈现出随载荷的增大而增大的趋势。参考文献:1 Budinski KG. Tribo logical properties of titanium alloys . Wear, 1991, 151: 203-2172 吕维洁, 张小农, 张获. 原位合成钛基基复合材料增强体的生长机制. 金属学报, 2000,36 (1) : 104-1083 Tjong S C, Ma Z Y. Microstructural and mechanical characteristics of in-situ metal matrix composites. Materials Science and Engineering, 2000, 29 (5) : 49-1134 Tjong S C, Mai Y W. Processing-strucure-property aspects of particulate

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