チタン合金素材TC11合金チューブの硬度と耐摩耗性を向上させる方法

チタン合金を浸炭すると表面にTiC相が生成し、非常に高い硬度を持ちます。 しかしながら、ＴｉＣ層と基板との結合は非常に悪く、実用化には支障がある。 温度が高すぎると炭化チタン粒子の成長が促進されます。

1. 焼結温度。 炭化チタン高マンガン鋼接合超硬合金の最終焼結温度は一般に1420度とされており、これがより適しています。 焼結温度は高すぎてはなりません。 結合相を液相にしても減肉し、隣接する硬質相が凝集・成長して破壊源を形成します。 これが、先に解析した硬質相の粒子間の結合相が少なくなる理由である。 もちろん、焼結温度は低すぎてはなりません。低すぎると合金の焼成が不十分になってしまいます。 特に、剥離、還元、液相焼結の 3 段階で重要です。

2、焼結加熱速度。 このような合金の焼結加熱速度は速くあってはならない。 加熱速度と保持時間を厳密に管理する。 低温脱ガム段階では、ビレットは圧縮応力を解放し、成形剤が揮発するプロセスであるため、加熱速度が速いと、成形剤が揮発して蒸気に液化するのが遅すぎて、ビレットが破裂してしまいます。または微小亀裂現象。 還元段階より900度高い温度で、ビレットが粉末に使用される原料（例えば、Mn2Fe中間合金）の揮発分と酸素を除去するのに十分な時間を確保できるようにする。 液相焼結段階に入るときは、ビレットを完全に合金化するために温度上昇速度を遅くすることも必要です。

チタンは高温で酸素、窒素、その他のガスと反応して硬化を引き起こし、高温（800-900度）で窒化されるため、表面のビッカース硬度は700以上になります。 適切な量​​の窒素または酸素を含むアルゴンガス中で表面仕上げを行うと、表面硬度が 2-3 倍増加します。 イオンプレーティングにより、表面に窒化チタンの層が生成され、その厚さは約5ミクロンであり、表面のビッカース硬度は16、000-20、{{ 7}}; クロムメッキなど。 窒化すると、異なるゾーンが形成されることがあります。酸素含有量が多すぎない場合は、金色で硬度 14 の窒化チタンで構成される外側ゾーンが形成されます。000-17、000この窒化チタン層は、窒化温度が低い場合や、高温に加熱（焼鈍）すると金属表面のチタン固溶体に窒素が完全に溶解してしまうため、形成が非常に困難です。そして、熱処理プロセス中に窒化チタン層が増加したり消失したりすることはなくなりました。 したがって、窒化チタン層が見られる時点では、チタン固溶体層はすでに窒素に溶解しており、この層も硬度は高いが、中心部の硬度は低下する。 アンモニアを窒化に使用すると、水素透過の効果により、さらなる組織変化が発生します。 窒化チタンは硬くて導電性があります。 窒化チタンの発生熱は、すべての酸化チタンの発生熱を上回ります。 したがって、窒化プロセスは完全に酸素を除去した条件下で実行されることにも注意する必要があります。 チタンと窒素の間の表面反応は、時間の経過とともに放物線状のパターンに従います。 したがって、窒化時間を長くすると窒化率は低下します。 窒化チタン層中の窒素の拡散速度は、その下にあるチタン固溶体の液層に比べて遅いため、厚い窒化層を形成することができず、窒素またはアンモニアの純度が高い必要がある。 酸素は窒化物層の形成を防ぐだけでなく、高温になると表層の酸化皮膜を除去してしまうため、たとえ融点に達したとしても水分含有量（湿度）はその程度に低くなければなりません。

チタン表面にホウ素を浸透させると、これも非常に硬い TiB2 相が生成されます。 文献によると、酸洗いしたチタン部品は、非晶質ホウ素粉末と A1203 粉末の混合物の半分 (0.75% - 1.0% を添加) に埋め込まれています。 NH4F・HF）1010度で1時間保温するとTiB2層が生成します。 上記の条件下で、コーティングの厚さは合金によって異なりますが、工業用純チタンのコーティング厚さは25p、TC4チタン合金の厚さは20μm、硬度はHV2800-3450の範囲です。 ホウ素の浸透温度要件は高いため、その用途には一定の制限が課せられます。 最初にチタン板に鉄を電気めっきし、続いてホウ素化を行うと、ホウ素化温度を摂氏870度まで下げることができ、コーティングの厚さは最大40μm、硬度は最大HV2300にすることができます。 チタンは窒素とも反応するため、キャリアとしてアルゴンを使用する必要があります。 酸素と窒素の混合ガス (空気) を酸素源として使用する場合、酸素拡散温度 (約 850 ℃) で十分な窒化物が形成され、酸素の拡散が減少します。 酸素拡散層の深さと分布を最適化するには、大きな拡散速度を生み出すのに十分な酸素濃度が必要です。 しかし、拡散を妨げると報告されている連続的な表面酸化膜を形成するには十分な高さは得られません。

表面硬化の目的は、耐摩耗性を向上させ、摩擦条件下で動作する部品の相互付着のリスクを排除することです。 硬度の増加は、耐食性および疲労強度の増加を伴う可能性があります。 ここでの最初の関心事は、表面硬度の向上、プロセス自体、および表面硬度の向上に対するプロセスの影響です。 表面硬化は、均質な非多孔質ルチル層を生成するために、処理終了時のガス組成を容易に変更できるよう、加圧保護雰囲気を備えた炉内で実行し、適切に制御する必要があります。 結果は TO プロセスと似ています。 このように、BDO/TO 組み合わせプロセスの場合のように 3 ステップのプロセスは言うまでもなく、1 ステップのプロセスであり、大幅なエネルギー節約につながります。 このプロセスでは完全に不活性なガス (アルゴンと酸素) のみが使用されるため、環境に優しく、無毒で、温室効果に寄与しません。 プロセスは良好ですが、真空処理は高価であり、2 段階の酸化/拡散プロセスには明らかな制御上の問題があります。 真空中での拡散時間が固定されている場合でも、このステップで形成される酸化物の量がわずかに変化すると、その後の硬度分布に大きな違いが生じる可能性があります。