置氫Ti6Al4V粉末磁脈沖壓實(shí)—燒結(jié)體組織結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、鈦及其合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能、耐熱及耐腐蝕性能好、密度低、良好的生物相容性等綜合性能，被廣泛應(yīng)用于航空、化工、生物工程等領(lǐng)域。粉末冶金是制備高性能、低成本鈦合金的理想工藝。將鈦合金的粉末成形和熱氫處理技術(shù)相結(jié)合，可以降低鈦合金粉末成形時(shí)的固結(jié)溫度、縮短成形時(shí)間、降低制件的孔隙率、相應(yīng)地提高制件的力學(xué)性能。Ti6Al4V是典型的α+β型的鈦合金，具有良好的綜合力學(xué)性能，是研究和應(yīng)用最廣泛的鈦合金。磁脈沖壓實(shí)使粉末在沖擊磁場(chǎng)力作用下高速成形

2、。此方法可以使粉末在加熱、真空或保護(hù)氣氛條件下成形。它能得到完全致密的粉末壓坯，廣泛應(yīng)用于黑色金屬、有色金屬、金屬間化合物、陶瓷、復(fù)合材料等粉末的壓制。
　　本文采用理論分析、數(shù)值模擬、工藝試驗(yàn)及微觀分析相結(jié)合的方法對(duì)Ti6Al4V粉末磁脈沖壓實(shí)的變形行為和機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究。采用工藝試驗(yàn)及微觀分析相結(jié)合的方法對(duì)粉末燒結(jié)體的組織結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了研究。為了改善其耐磨性，對(duì)粉末燒結(jié)體進(jìn)行了熱氧化和氧化+氧擴(kuò)散兩種表面處理，并對(duì)處理后的

3、試樣進(jìn)行了滑動(dòng)摩擦試驗(yàn)。
　　利用壓電力傳感器測(cè)量磁脈沖壓力，并建立了其與壓坯密度的關(guān)系通式。研究了磁脈沖壓實(shí)能量密度與壓坯孔隙率的關(guān)系。采用松散耦合法對(duì)磁脈沖壓實(shí)過程進(jìn)行分析。在ANSYS中，將放電回路簡(jiǎn)化為一個(gè) RLC電路。把模擬得到的電流作為邊界條件，利用ANSYS/Multiphysics模塊建立電流激勵(lì)的電磁場(chǎng)模型。以電磁場(chǎng)模擬結(jié)果為邊界條件，在MSC.MARC中，利用powder模塊和Shima屈服準(zhǔn)則建立粉末壓實(shí)模型

4、。把模擬得到的速度作為邊界條件，在MSC.MARC中，利用Johnson-Cook本構(gòu)關(guān)系建立粉末微觀變形模型。模擬結(jié)果表明，驅(qū)動(dòng)片主要受軸向磁場(chǎng)力作用，并且其沿驅(qū)動(dòng)片徑向分布不均勻，沿驅(qū)動(dòng)片厚度方向呈梯度分布。放電電壓、壓實(shí)溫度、摩擦系數(shù)對(duì)壓坯平均相對(duì)密度和相對(duì)密度的均勻性有明顯的影響。放電電壓對(duì)壓實(shí)速度有比較大的影響。粉末顆粒的變形和溫升主要集中于表面層，并且隨放電電壓和壓實(shí)速度的升高而增加。
　　隨著磁脈沖壓實(shí)溫度的升高，置

5、氫Ti6Al4V粉末壓坯相對(duì)密度和硬度不斷增加。相同壓力下，磁脈沖壓實(shí)的粉末壓坯相對(duì)密度比傳統(tǒng)靜態(tài)壓實(shí)的高12個(gè)百分點(diǎn)左右。燒結(jié)體真空退火后的相對(duì)密度、硬度和抗壓強(qiáng)度基本上都是在200℃的壓實(shí)溫度下達(dá)到最大值。隨著氫含量的增加，燒結(jié)體真空退火后的抗壓強(qiáng)度先升高后降低。隨著放電電壓的增加，燒結(jié)體真空退火后的相對(duì)密度、硬度和抗壓強(qiáng)度都不斷的升高。燒結(jié)體真空退火后顯微組織為典型的α+β組織。隨著氫含量的增加，等軸的顆粒組織不斷增加。
　

6、　試樣經(jīng)熱氧化處理后在表面形成一層致密的不導(dǎo)電涂層，且隨氧化時(shí)間和氧化溫度的增加，氧化層逐漸增厚，但氧化層過厚會(huì)出現(xiàn)脫落現(xiàn)象。熱氧化的產(chǎn)物主要是TiO2和Al2O3，氧化層最外層為一薄層Al2O3，次外層為 TiO2。氧化層以內(nèi)存在厚度為140μm左右的硬化層。試樣經(jīng)氧化+氧擴(kuò)散處理后氧化層的TiO2分解，形成低價(jià)態(tài)的氧化物TiO。硬化層的厚度可以達(dá)到210μm左右。經(jīng)兩種表面處理工藝處理后的試樣磨損率都比未處理的試樣低2個(gè)數(shù)量級(jí)。氧化