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柔性电极钛合金表面电火花强化试验研究

作　者: 徐安阳
导　师: 刘志东
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 柔性电极电火花钛合金表面强化表面粗糙度表面硬度
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

钛合金具有密度小,比强度大、比刚度高,有很好的抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能,及吸氢、超导、无磁、形状记忆、低阻尼等优良特性,但存在硬度低、导热系数低,耐磨性差,易发生热粘连,耐燃性差等缺点。为提高钛合金表面性能,通过对传统电火花表面强化的实验研究,提出柔性电极钛合金表面电火花强化的工艺方法。该方法具有传统电火花表面强化优点,并有效克服传统电火花表面强化中存在的沉积效率低、不适合大面积强化、对表面质量有破坏作用等缺点和不足。良好的强化效果和表面质量以及对型面的广泛适应性预示着这种技术具有广泛应用前景,为钛合金表面强化提供一种新的工艺方法。本文主要工作如下:1)通过对电火花表面强化基本原理和存在问题的分析研究,结合试验要求,建立了柔性电极钛合金电火花表面强化试验系统。2)利用柔性电极在空气介质中对钛合金TC4表面进行电火花强化。分析了强化层的组织成分及机械性能,试验中对强化层硬度、表面质量、强化层厚度、强化层组织成分进行了分析研究。该试验验证了采用柔性电极进行钛合金表面电火花强化可以在保证钛合金试件表面质量的同时,获得一定厚度的强化层,提高了钛合金表面硬度。3)研究了柔性电极钛合金表面电火花强化的放电特性,证明其放电是电弧放电,而且电极丝同试件表面接触的时间远小于脉冲宽度,在一个脉冲宽度内会有多条电极丝与试件表面进行电弧放电,其放电状态在电弧放电和短路状态间跳转。单脉冲能量被分散于多点放电,有利于维持强化表面质量。4)研究了对强化层表面质量、强化层厚度及表面硬度的影响因素。表面硬度随放电能量(平均电流和脉冲宽度)的提高而提高,表面粗糙度值随放电能量的提高而增加,表面质量下降。柔性电极对钛合金试件表面有涂覆磨削作用,有利于提高强化表面的质量。5)为兼顾强化层表面粗糙度值和表面硬度值,可以先采用满足获取高硬度和较厚强化层厚度要求的电参数和其它强化参数以获取较高的硬度和比较厚的强化层,同时提高强化效率,然后采用小的电参数和其它强化参数对强化表面进行整修,以降低表面粗糙度值并提高强化表面的表面质量和致密性,使试件强化表面获得优良表面质量的同时具有较高硬度。6)对强化层耐腐蚀及耐磨性能及其影响因素进行了试验研究。证明钛合金表面经过柔性电极电火花强化处理,其耐磨性和耐腐蚀性有明显地提高。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
图、表清单  10-13
注释表  13-14
第一章绪论  14-28
  1.1 钛合金的特点和应用  14
  1.2 钛合金应用中存在的问题  14-15
  1.3 钛合金表面处理研究现状  15-24
    1.3.1 电火花表面强化  15-20
      1.3.1.1 电火花强化技术的发展史  15-16
      1.3.1.2 电火花表面强化的基本原理  16-18
      1.3.1.3 电火花表面强化的特点  18
      1.3.1.4 电火花表面强化存在的问题  18
      1.3.1.5 电火花表面强化的应用范围  18-19
      1.3.1.6 国内外研究电火花钛合金表面强化的技术现状  19-20
    1.3.2 其它一些常用钛合金表面强化方法  20-24
      1.3.2.1 等离子喷涂技术  20
      1.3.2.2 离子注入法  20-21
      1.3.2.3 微弧氧化法  21
      1.3.2.4 激光表面熔覆技术  21
      1.3.2.5 CVD 法  21-22
      1.3.2.6 PVD 法  22
      1.3.2.7 热扩散法  22-23
      1.3.2.8 表面纳米化处理  23
      1.3.2.9 金属电镀  23
      1.3.2.10 加弧辉光离子渗镀  23-24
      1.3.2.11 双层辉光离子渗镀  24
  1.4 柔性电极钛合金表面电火花强化原理及设备  24-26
    1.4.1 柔性电极钛合金表面电火花强化原理  24-25
    1.4.2 柔性电极钛合金表面电火花强化的特点  25
    1.4.3 试验设备及仪器  25-26
  1.5 本课题研究的目的及主要内容  26-28
    1.5.1 研究目的  26-27
    1.5.2 课题研究的内容  27-28
第二章柔性电极钛合金表面电火花强化极间放电特性  28-36
  2.1 气体介质中极间放电特性  28-29
  2.2 正常及非正常放电的电压特性  29-30
  2.3 柔性电极钛合金表面强化放电波形分类分析  30-32
    2.3.1 空载状态  30-31
    2.3.2 正常火花弧光放电状态  31
    2.3.3 短路状态  31-32
  2.4 柔性电极钛合金表面电火花强化放电过程分析  32-34
  2.5 柔性电极钛合金表面电火花强化中放电特性及影响分析  34-35
  2.6 本章小结  35-36
第三章柔性电极钛合金表面电火花强化层形成的规律及特性  36-45
  3.1 影响放电材料熔融量的主要因素  36-37
  3.2 强化层硬度和表面质量形成规律  37-39
  3.3 柔性电极钛合金表面强化层的表面形貌  39-40
  3.4 强化层厚度测量方法和金相组织及变化规律  40-43
  3.5 强化层中化学元素及其影响  43-44
  3.6 本章小结  44-45
第四章强化层表面粗糙度值及表面硬度的影响因素  45-54
  4.1 强化层表面粗糙度值的影响因素  46-49
    4.1.1 强化层表面粗糙度值与脉冲宽度之间的关系  46-47
    4.1.2 强化层表面粗糙度值与平均电流之间的关系  47
    4.1.3 强化层表面粗糙度值同电极转速之间关系  47-48
    4.1.4 强化层表面粗糙度值同强化速度之间的关系  48
    4.1.5 强化层表面粗糙度值与初始表面粗糙度值之间的关系  48-49
  4.2 强化层硬度的影响因素  49-52
    4.2.1 强化层硬度的测量  49-50
    4.2.2 强化层硬度同脉冲宽度之间的关系  50-51
    4.2.3 强化层硬度与平均电流之间的关系  51
    4.2.4 强化层硬度与电极转速的关系  51-52
    4.2.5 强化层硬度与强化速度的关系  52
  4.3 本章小结  52-54
第五章强化层厚度与耐腐蚀性、耐磨性  54-65
  5.1 强化层厚度及其影响因素  54-58
    5.1.1 强化层厚度与电流强度之间的关系  55
    5.1.2 强化层厚度与脉冲宽度之间的关系  55-57
    5.1.3 强化层厚度与单位面积强化时间之间的关系  57-58
  5.2 钛合金表面强化层的耐腐蚀性能  58-60
  5.3 强化层的耐磨损性能  60-64
    5.3.1 测试方法  60
    5.3.2 测试结果  60-64
  5.4 本章小结  64-65
第六章总结与展望  65-68
  6.1 总结  65-66
  6.2 展望  66-68
参考文献  68-72
致谢  72-73
攻读硕士读期间发表的论文  73

柔性电极钛合金表面电火花强化试验研究

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