李云華開題報告

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1、二○一三屆畢業(yè)設(shè)計開題報告學(xué)院：材料科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)：材料成型及控制工程姓名：李云華學(xué)號：3102090319指導(dǎo)教師：邢亞哲完成時間：2013年月日長安大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告表課題名稱TC4無氫滲碳過程中碳擴散行為研究課題來源自選項目課題類型專題研究指導(dǎo)教師邢亞哲學(xué)生姓名李云華學(xué)號3102090319專業(yè)材料成型及控制工程一、課題的背景和意義：鈦及鈦合金具有重量輕、比強度高、耐熱性能強，疲勞強度高以及在海水和多種電解質(zhì)溶液中抗腐蝕能力強的特點，在高溫或低溫條件下的力學(xué)性能良好，而且某些鈦合金還具有記憶、超導(dǎo)、儲氫等特殊功能。因此，鈦及鈦合

2、金成為重要的結(jié)構(gòu)材料，又是新興的功能材料，目前已廣泛應(yīng)用于航天、石油、原子能、船舶制造和醫(yī)療設(shè)備等高新技術(shù)領(lǐng)域中，并已成為新工藝、新技術(shù)、新設(shè)備不可缺少的金屬材料。但是，鈦合金也有如下缺點：①硬度低，純鈦的硬度為150HV-200HV,Ti-6Al-4V合金的顯微硬度不超過430HV。在很多情況下這樣的硬度值不能滿足實際生產(chǎn)應(yīng)用的要求。②耐磨性能差。室溫下為六方結(jié)構(gòu)，c/a=1.588，比理想值1.633小很多，導(dǎo)致{1010}面更容易滑移，所以更容易發(fā)生粘著磨損。鈦合金的低摩擦學(xué)屬性可以歸因于兩個主要因素：一是低塑性剪切抗力和低加工硬化率；而是表

3、面氧化物的保護作用低。一般情況下由于鈦及鈦合金表面生產(chǎn)一層致密的氧化膜起到了防腐蝕的作用，但是在氧化膜破裂或者更加惡劣的環(huán)境以及發(fā)生縫隙腐蝕的情況下鈦合金的耐腐蝕性能也將大大降低。這些缺點限制了鈦合金的應(yīng)用泛圍。為此，采用表面技術(shù)改善其使用性能就成為重要的研究課題。Ti-6Al-4V合金優(yōu)異的力學(xué)性能和良好的加工能力使其成為鈦合金中產(chǎn)量最大、應(yīng)用領(lǐng)域最廣的鈦合金。但該合金摩擦系數(shù)高、耐磨性差是其致命缺點。特別是對粘著磨損具有高度的敏感性，是其重要的磨損失效形式之一。雖然在摩擦副表面添加潤滑劑可以減輕Ti-6Al-4V合金的粘著磨損，但對于承受高載荷

4、、并在滑動表面產(chǎn)生高溫、高壓則會促使較薄的潤滑膜分解。在這種情況或不合適采用潤滑劑的場合，如何提高Ti-6Al-4V合金的抗粘著磨損能力是一個急需解決的問題。目前，提高鈦合金表面耐磨性的方法主要有滲碳、滲氮、滲金屬等，它們都是通過提高鈦合金表面硬度而使耐磨性提高的。滲碳處理是一種應(yīng)用廣泛的表面硬化熱處理技術(shù)，傳統(tǒng)的氣體滲碳法存在著因產(chǎn)生晶界氧化物而形成滲碳異常層，使表面硬度和疲勞強度下降；滲碳速度慢，處理時間長，能源消耗大；難以實現(xiàn)高濃度滲碳和深層滲碳等缺點。真空滲碳雖可以改善表面質(zhì)量，但處理時間長、處理溫度高。隨著現(xiàn)代熱處理技術(shù)的迅速發(fā)展，人們期

5、待著一種更加先進的滲碳技術(shù)的出現(xiàn)。離子滲碳技術(shù)就是在這種背景下應(yīng)運而生的。滲碳處理相對于其他滲層而言，制備工藝簡單而且經(jīng)濟，已廣泛的應(yīng)用于鋼鐵材料，但目前常用的氣體滲碳法、真空滲碳法和等離子滲碳等工藝均涉及氫元素，在滲碳的同時氫元素將滲入基體而導(dǎo)致氫脆，嚴(yán)重影響鈦合金制件的滲碳質(zhì)量。為此，本課題利用離子無氫滲碳技術(shù)對鈦合金表面進行無氫滲碳，在合金表面形成無氫元素的滲碳改性層，表征滲碳層微觀組織結(jié)構(gòu)，研究不同工藝條件下滲碳層微觀組織結(jié)構(gòu)的形成機制，從而改善鈦合金的機械性能。一、國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r及趨勢：（1）國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r：國外鈦及其合金加工的主要企業(yè)是

6、美國Timet公司、RMI公司、俄羅斯的VSMPO公司,日本的神戶制鋼和住友公司,他們代表了世界鈦及其合金加工材生產(chǎn)技術(shù)的最高水平。1978年，美國通用汽車公司的Grube等人利用真空輝光放電原理進行了離子滲碳實驗。結(jié)果表明，在同一溫度下處理時，離子滲碳的滲碳速度要比真空滲碳快得多。其后，Staines等人對純鐵的離子滲碳實驗結(jié)果表明，在很短的處理時間內(nèi)，試樣表面的碳濃度就可以達(dá)到滲碳溫度下的奧氏體固溶限，說明這種技術(shù)不但可以實現(xiàn)快速滲碳，而且可以進行高濃度滲碳。進入80年代后，這種與輝光離子滲氮原理相同，但起步卻晚得多的離子滲碳技術(shù)，在設(shè)備研制、

7、加熱方式、處理氣體選擇等方面都取得了長足發(fā)展，很快達(dá)到了實際應(yīng)用水平。進入90年代以來，離子滲碳的應(yīng)用領(lǐng)域進一步擴大，不但在汽車、飛機用齒輪及船用大型傳動齒輪上，而且在鍛造用工模具上也得到了應(yīng)用。其處理材料也由一般低合金鋼發(fā)展到高合金鋼、合金材料、粉末冶金材料的處理上[7]。我國幾乎與國際上大規(guī)模開發(fā)離子滲碳技術(shù)同步。進行了設(shè)備研制和工藝試驗。以湖北建工學(xué)院，江西汽車齒輪箱廠分別于1975,1977年發(fā)表研究成果為開端。十多年來我國研制出約10臺有輔助熱源和具有一定生產(chǎn)能力的離子滲碳爐。工藝上也有一定突破，取得工業(yè)應(yīng)用成果。(2)發(fā)展趨勢：美國、歐

8、洲和俄羅斯的鈦加工材主要用于大型民航客機、軍用飛機、航天火箭、導(dǎo)彈、艦船、裝甲火炮、電力、化工、汽車等領(lǐng)域。其典型產(chǎn)品為飛