李云华开题报告

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1、二○一三届毕业设计开题报告学院：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程姓名：李云华学号：3102090319指导教师：邢亚哲完成时间：2013年月日长安大学毕业设计（论文）开题报告表课题名称TC4无氢渗碳过程中碳扩散行为研究课题来源自选项目课题类型专题研究指导教师邢亚哲学生姓名李云华学号3102090319专业材料成型及控制工程一、课题的背景和意义：钛及钛合金具有重量轻、比强度高、耐热性能强，疲劳强度高以及在海水和多种电解质溶液中抗腐蚀能力强的特点，在高温或低温条件下的力学性能良好，而且某些钛合金还具有记忆、超导、储氢等特殊功能。因此，钛及钛合

2、金成为重要的结构材料，又是新兴的功能材料，目前已广泛应用于航天、石油、原子能、船舶制造和医疗设备等高新技术领域中，并已成为新工艺、新技术、新设备不可缺少的金属材料。但是，钛合金也有如下缺点：①硬度低，纯钛的硬度为150HV-200HV,Ti-6Al-4V合金的显微硬度不超过430HV。在很多情况下这样的硬度值不能满足实际生产应用的要求。②耐磨性能差。室温下为六方结构，c/a=1.588，比理想值1.633小很多，导致{1010}面更容易滑移，所以更容易发生粘着磨损。钛合金的低摩擦学属性可以归因于两个主要因素：一是低塑性剪切抗力和低加工硬化率；而是表

3、面氧化物的保护作用低。一般情况下由于钛及钛合金表面生产一层致密的氧化膜起到了防腐蚀的作用，但是在氧化膜破裂或者更加恶劣的环境以及发生缝隙腐蚀的情况下钛合金的耐腐蚀性能也将大大降低。这些缺点限制了钛合金的应用泛围。为此，采用表面技术改善其使用性能就成为重要的研究课题。Ti-6Al-4V合金优异的力学性能和良好的加工能力使其成为钛合金中产量最大、应用领域最广的钛合金。但该合金摩擦系数高、耐磨性差是其致命缺点。特别是对粘着磨损具有高度的敏感性，是其重要的磨损失效形式之一。虽然在摩擦副表面添加润滑剂可以减轻Ti-6Al-4V合金的粘着磨损，但对于承受高载荷

4、、并在滑动表面产生高温、高压则会促使较薄的润滑膜分解。在这种情况或不合适采用润滑剂的场合，如何提高Ti-6Al-4V合金的抗粘着磨损能力是一个急需解决的问题。目前，提高钛合金表面耐磨性的方法主要有渗碳、渗氮、渗金属等，它们都是通过提高钛合金表面硬度而使耐磨性提高的。渗碳处理是一种应用广泛的表面硬化热处理技术，传统的气体渗碳法存在着因产生晶界氧化物而形成渗碳异常层，使表面硬度和疲劳强度下降；渗碳速度慢，处理时间长，能源消耗大；难以实现高浓度渗碳和深层渗碳等缺点。真空渗碳虽可以改善表面质量，但处理时间长、处理温度高。随着现代热处理技术的迅速发展，人们期

5、待着一种更加先进的渗碳技术的出现。离子渗碳技术就是在这种背景下应运而生的。渗碳处理相对于其他渗层而言，制备工艺简单而且经济，已广泛的应用于钢铁材料，但目前常用的气体渗碳法、真空渗碳法和等离子渗碳等工艺均涉及氢元素，在渗碳的同时氢元素将渗入基体而导致氢脆，严重影响钛合金制件的渗碳质量。为此，本课题利用离子无氢渗碳技术对钛合金表面进行无氢渗碳，在合金表面形成无氢元素的渗碳改性层，表征渗碳层微观组织结构，研究不同工艺条件下渗碳层微观组织结构的形成机制，从而改善钛合金的机械性能。一、国内外发展状况及趋势：（1）国内外发展状况：国外钛及其合金加工的主要企业是

6、美国Timet公司、RMI公司、俄罗斯的VSMPO公司,日本的神户制钢和住友公司,他们代表了世界钛及其合金加工材生产技术的最高水平。1978年，美国通用汽车公司的Grube等人利用真空辉光放电原理进行了离子渗碳实验。结果表明，在同一温度下处理时，离子渗碳的渗碳速度要比真空渗碳快得多。其后，Staines等人对纯铁的离子渗碳实验结果表明，在很短的处理时间内，试样表面的碳浓度就可以达到渗碳温度下的奥氏体固溶限，说明这种技术不但可以实现快速渗碳，而且可以进行高浓度渗碳。进入80年代后，这种与辉光离子渗氮原理相同，但起步却晚得多的离子渗碳技术，在设备研制、

7、加热方式、处理气体选择等方面都取得了长足发展，很快达到了实际应用水平。进入90年代以来，离子渗碳的应用领域进一步扩大，不但在汽车、飞机用齿轮及船用大型传动齿轮上，而且在锻造用工模具上也得到了应用。其处理材料也由一般低合金钢发展到高合金钢、合金材料、粉末冶金材料的处理上[7]。我国几乎与国际上大规模开发离子渗碳技术同步。进行了设备研制和工艺试验。以湖北建工学院，江西汽车齿轮箱厂分别于1975,1977年发表研究成果为开端。十多年来我国研制出约10台有辅助热源和具有一定生产能力的离子渗碳炉。工艺上也有一定突破，取得工业应用成果。(2)发展趋势：美国、欧

8、洲和俄罗斯的钛加工材主要用于大型民航客机、军用飞机、航天火箭、导弹、舰船、装甲火炮、电力、化工、汽车等领域。其典型产品为飞