TC4-DT钛合金磨削表面特性及其摩擦磨损性能

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaFeb．252014Vol35No．2567—573ISSN1000．6893ON11-1929／Vhttp：／／hkxbbuaa．edu．cnhkxb@buaaeduCFITC4一DT钛合金磨削表面特性及其摩擦磨损性能胥军1’2，卢文壮1’2’，王晗1’2，朱延松1’2，黄群超1’2，左敦稳1’21．南京航空航天大学机电学院，江苏南京2100162．江苏省精密与微细制造技术重点实验室，江苏南京210016摘要：钛合金

2、是一种典型难磨削加工材料，磨削表面易出现烧伤、裂纹等热损伤。本文开展了TC4一DT钛合金磨削实验，通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、显微硬度仪、金相显微镜及球一盘摩擦磨损实验仪研究了其表面特性及摩擦磨损性能。结果表明：低速磨削表面质量好，摩擦磨损性能较基体略提高；当砂轮线速度为80m／s时，磨削表面质量良好，摩擦系数为0．38，较基体降低40％；而砂轮线速度为100m／s时，磨削表面出现严重烧伤、网状裂纹。因此选择合理的高速磨削工艺可避免烧伤、裂纹等热损伤缺陷，并可有

3、效改善表面摩擦磨损性能；磨削表面干摩擦磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损和剥层磨损。关键词：TC4一DT钛合金；磨削；表面特性；摩擦磨损；磨损机制中图分类号：V260．6；TG580．1文献标识码：A文章编号：1000—6893(2014)02—0567—07TC4-DT钛合金是一种新型中强度高损伤容限钛合金，具有比强度高、韧性高、疲劳裂纹扩展速率低和焊接性能优异等特点，作为新型轻质材料在世界航空航天领域应用广泛[1。5]。随着航空工业不断发展，对钛合金零部件尺寸精度、服役性能等提出更高要求，重要零部

4、件必须通过磨削加工工艺才能满足其使用要求。由于钛合金具有弹性模量小、回弹性大和化学活性高等特点，工件表层易发生因磨削力和磨削温度综合作用而引起的表面形貌、表层组织、成分分布、硬度分布等变化，严重时会出现烧伤、裂纹等热损伤[6‘9]。一般而言，磨削作为零件加工最后一道工序，决定零件表面特性，并直接影响零件服役性能，尤其是对表面摩擦磨损性能影响较大。合理的磨削工艺可使工件表面得到强化，改善其表面服役性能。针对钛合金磨削加工特点，众多学者在其磨削工艺方面做了积极研究。任敬心、康仁科等对钛合金磨削时砂轮

5、类型、磨削参数以及冷却液的选择方面进行了比较系统探究[1“11]；Xu等对钛合金磨削机理展开了初步探究口2‘13

6、。但目前就TCA—DT钛合金磨削表面特性方面还缺乏系统研究，尤其是摩擦磨损性能研究至今鲜有报道。因此开展TC4一DT钛合金磨削加工研究，深入探讨其磨削加工特性，获得可控制其表面完整性的磨削加工工艺参数。对TC4一DT钛合金在航空航天领域的应用具有重要意义。1实验条件及方法实验材料为TC4一DT钛合金，其微观组织如收稿日期：2013．05．06；退修日期：2013—06-24；录用日期

7、：2013-07—22网络出版时间：2013-07-3118：14网络出版地址：www．cn¨net／kcms／detail／11．1929V．20130731．1814005htmI基金项目：国家自然科学基金(51275230)；江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目(CXZZl2—0142)；江苏省高校优势学科建设工程资助项目*通讯作者Tel．：025．84891686E-mail：luwz991@sinacom礅甩格武lxuJ。LuWZ．WangH．etal．Characteristic

8、sandwearpropertiesofgrindingsurfaceoftitaniumalloyTC4一DTLJ=JActaAeronau—ticaetAstronauticaSinica．2014．35(2)：567-573胥军，卢文壮．I晗．等．TC4一DT钛合金窘觏表面特性及其摩擦磨损性能rJl．2014．35(2)：567-573．航空学报Feb．252014VoI．35No．2图1所示，其化学元素为Ti、Al、V、Fe、O、C、N，显微硬度为340HV左右。采用CBN砂轮在PROF

9、IMATMT408高速平面精密磨床上进行低速和高速磨削实验。磨削过程采用水基冷却液，供液压力为1．5MPa。实验参数如表1所示，u。为砂轮线速度，u。为工作台进给速度，厂，为磨削速度，钛合金基体对比试样为A，。图1TC4一DT钛合金微观组织Fig．1MicrostructureofTC4一DTtitaniumalloy表1典型磨削试样Table1Typicalgrindingsamples采用美国APE公司接触式三维轮廓仪NanoMap500LS对磨削表面粗糙度值进行测量，采用扫描电镜(SEM)