TC4钛合金富氧层增厚动力学研究

摘要

采用波谱分析法测量TC4热轧钛板距离表面不同深度氧原子浓度梯度,检测发现富氧层厚度为61μm;采用硬度法测量距离表面不同深度显微硬度的变化规律,检测发现TC4热轧钛板硬化层厚度为58μm,与波谱分析法结果吻合性良好。由此可见,氧原子的间隙固溶硬化作用可显著提高表面硬度,且波谱分析法和硬度法均可准确测量富氧层厚度。发现当恒温热处理温度在800~900℃时,TC4钛板富氧层厚度x与保温时间t^(0.5)之间接近正比例线性递增关系;发现升高热处理温度,可显著提高富氧层增厚速度。分析探讨了TC4两相组织结构对氧原子扩散动力学的影响。通过对试验数据进行理论分析计算,发现TC4钛合金在800~900℃范围氧原子的扩散激活能约为234442 J·mol^(-1)。建立了高温(800~900℃)空气环境下关于温度、时间的富氧层增厚动力学方程,为富氧层型TC4耐磨材料的生产工艺设计提供理论支持。