【摘 要】
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近年来,Ti-Nb合金凭借比强度高、耐蚀性好和弹性模量低等优点,在航空航天、舰船工业和生物医用等领域得到了广泛关注。然而,钛合金的力学性能易受到温度、应变率等变形参数的影响,研究其在静动态不同变形条件下的力学行为,可以为其加工工艺参数的制定和成品质量的提高提供科学依据。另一方面,Ti-Nb合金零件在服役环境中可能会出现接触摩擦特性较弱等问题影响使用,研究其接触摩擦特性并进行改进对于实际服役也有重要
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近年来,Ti-Nb合金凭借比强度高、耐蚀性好和弹性模量低等优点,在航空航天、舰船工业和生物医用等领域得到了广泛关注。然而,钛合金的力学性能易受到温度、应变率等变形参数的影响,研究其在静动态不同变形条件下的力学行为,可以为其加工工艺参数的制定和成品质量的提高提供科学依据。另一方面,Ti-Nb合金零件在服役环境中可能会出现接触摩擦特性较弱等问题影响使用,研究其接触摩擦特性并进行改进对于实际服役也有重要意义。综上,本文研究了Ti-5Nb、Ti-10Nb和Ti-15Nb合金在静动态下的力学性能,并在合金表面制备了微弧氧化膜层,研究了膜基体系的接触摩擦特性。研究结果如下:（1）采用SHPB装置和Gleeble-3800型热模拟试验机研究了Ti-5Nb、Ti-10Nb和Ti-15Nb合金在准静态和动态下的力学性能,探究了温度、应变率和Nb元素质量分数对Ti-Nb合金力学性能的影响,并构建了三种Ti-Nb合金的高温本构方程。结果表明:三种Ti-Nb合金均为温度和应变率敏感材料,其屈服应力均随着温度的减小和应变率的增加而增大;随着Ti-Nb合金中Nb元素质量分数的增加,合金在静动态下的屈服应力逐渐增加,塑性逐渐减弱;在高温准静态变形下,Ti-5Nb合金在800℃、0.001s-1条件下的回复机制以动态回复为主,其余条件以动态再结晶为主,Ti-10Nb合金在760℃、0.001s-1条件下的回复机制以动态回复为主,其余条件以动态再结晶为主,Ti-15Nb合金的回复机制均以动态再结晶为主;基于双曲正弦形式的Arrhenius本构模型构建了涵盖温度和应变率效应在内的Ti-5Nb、Ti-10Nb和Ti-15Nb合金高温流变应力本构方程。（2）采用纳米压痕仪和球盘式摩擦磨损实验仪研究了Ti-5Nb、Ti-10Nb和Ti-15Nb合金的接触摩擦特性,探讨了Nb元素质量分数对合金接触摩擦性能的影响,并通过微弧氧化法在三种Ti-Nb合金表面制备了膜层,对膜层相结构和形貌进行了表征,研究了膜基体系的接触摩擦特性。结果表明:三种Ti-Nb合金表面的微弧氧化膜层主要由Ti O2组成,Nb元素质量分数大小对表面膜层微孔的数目和孔径影响较小;合金基体硬度值随Nb元素质量分数的增加而增大,但弹性模量值相差较小,三种Ti-Nb合金基体表面微弧氧化膜层的硬度和弹性模量均小于合金基体;Ti-Nb合金基体的摩擦系数随Nb元素质量分数的增加而增大,磨损机理均以磨粒磨损为主;Ti-5Nb和Ti-10Nb合金表面微弧氧化膜层的摩擦系数与基体相近,主要磨损机理仍为磨粒磨损,减摩作用不明显;Ti-10Nb合金表面微弧氧化膜层的摩擦系数较基体大幅减小,且试样表面主要磨损机理由磨粒磨损变为粘着磨损,起到了良好的减摩作用。
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