TA31钛合金是一种名义成分为Ti-6Al-3Nb2Zr-1Mo的近α型钛合金，除具备钛合金传统的高比强度表，该商标钛合金还具备凸起的耐海水、海洋大气侵蚀机能!。因而TA31钛合金发展成为海洋工程设备中常用的一种钛合金。但在现实利用过程中,TA31钛合金遇到与其他商标钛合金一样的挑战。因TA31钛合金硬度较低导致表表耐磨性较差，产品现实使用寿命较低。随着全球航空航天和航海事业的急剧发展，以及金属加工造作领域的技术迭代，提高钛合金表表硬度能够通过表表处置的工艺实现，钛合金表表处置方式发展至今，重要蕴含表表渗氮、表表渗碳、阳极氧化、微弧氧化等技术[2-4]。
渗碳处置是钛合金工件常用的一种表表处置方式，凭据具体渗碳工艺的分歧可细分为固体渗碳、气体渗碳、离子渗碳法，其主张均是通过表表渗碳的方式提高钛合金表表硬度，从而提高钛合金工件整体的耐磨性[5-8]。Ji等[9]将Ti6A14V合金样品放人专用设备中进行氧碳共渗，发现渗层表表硬度比基体硬度提高了3.8倍，且渗层硬度呈梯度变动。
张赫[10将TA1、TC4和TC213种合金进行固体渗碳处置，其表表硬杜纂原始合金硬度相比别离提升了350.99%、163.67%、175.39%。但是目前针对TA31钛合金耐磨性差的问题进行表表处置的钻研较少，为改善海洋工程设备中常用的TA31钛合金的表表耐磨性，本文在其他商标钛合金渗碳处置的基础上进行，钻研TA31钛合金的渗碳处置。对比渗碳处置前后TA31钛合金显微组织、显微硬度、室温拉伸机能及冲击机能，钻研渗碳处置过程对TA31钛合金显微组织及力学机能的影响。
1、尝试资料与步骤
尝试选用西安超晶科技股份有限公司出产的TA31钛合金铸造棒材作为资料，棒材通过七火次自由铸造造备实现。拔取造作两件一致状态的Φ200mmx30mm的试样块,象征为1#和2#,其中1#试样为对比试样，不进行任何处置，,对2#试样进行固体渗碳处置。2#试样的渗碳处置选取上海麦克林生化科技有限公司出产的50目石墨粉、99.99%的碳酸钡作为原资料，按9:1的质量比配造成专用渗碳剂。2#试样块与渗碳剂搁置真空热处置炉中，执行900℃保温420min后随炉冷却的工艺进行渗碳处置。
渗碳处置实现后对1#及2#试样块按同样的取样方式进行取样，取样地位及试样规格如图1所示。
其中显微硬度、显微组织及X射线衍射试样按图1所示在试样块表表取样，试样表表均有渗碳层,用以表征试样表表个性。但室温拉伸及冲击试样按图1在相应地位截面中心厚度处取样，所取试样为Φ200mmx30mm试样块的内部试样，因渗碳深杜仔限，所以室温拉伸及冲击试样两类力学试样的表表无渗碳层。在截面中心厚度处取样是为了使力学机能测试更具代表性,反映资料基体自身的力学机能，钻研长功夫高温处置对TA31钛合金基体资料的力学机能有无显著影响。
取样后别离通过ICX41M型金相显微镜、FHVW-1Z显微维氏硬度仪、UTM5105SYXL全能拉伸试验机、JBS-300型冲击试验机、X'PertPRO型X射线衍射仪等设备对相应试样进行检测，对比渗碳前后TA31钛合金显微组织及力学机能的差距。
2、尝试了局及会商
2.1显微组织
为钻研持续高温渗碳后TA31钛合金基材的显微组织变动,对两种试样的显微组织进行对比，图2是渗碳处置前后TA31钛合金基材的显微组织照片。对比图2a和b能够看出,渗碳前后TA31钛合金的显微组织均为双态组织,组织类型未产生变动。
但渗碳后TA31钛合金的次生α相产生粗化，由渗碳前的40 μm粗化到60 μm左右。这是由于渗碳过程有超过持续420min以上的高温过程，次生α相在高温能量驱动下逐步长大，导致渗碳后TA31钛合金的次生α相产生粗化。
2.2显微硬度
鉴于渗碳处置是通过提高资料表表硬度进而提高资料耐磨性这一个性，对渗碳前后TA31钛合金试样表表硬度进行测试。对未进行渗碳处置的1#试样及渗碳处置的2#试样按图1所取的显微硬度试样进行表表显微硬度测试，首先别离在2个试样表表任选3点测试表表硬度，以对比表征渗碳处置对TA31钛合金表表硬度的提高水平，测试数据如表1及图3所示。
由表1能够看出，渗碳处置后TA31钛合金表表硬度均匀值可达939.7HV，比原钛合金基体表表的均匀硬度310.4HV提升了203%，渗碳处置后TA31钛合金的表表硬度得到显著强化。图3是渗碳处置前后TA31钛合金表表硬度对比，能够看到2种试样的硬度数据散布集中，批注两种状态资料的硬度均匀性优良,且渗碳处置对TA31钛合金表表硬度提升显著。
为探索TA31钛合金渗碳后表表的物相组成，对渗碳试样块表表取样进行XRD分析，如图4所示。从XRD测试了局能够看出，试样表表除了α-Ti的衍射峰表，出现了TiC的衍射峰,证明在渗碳处置后TA31钛合金表表有TiC相天生。TiC相的硬度比钛合金资料的硬度高,所以TiC相的天生会使资料表表硬杜仔较为显著的提高。其他商标钛合金渗碳处置的有关钻研也对渗碳后碳原子进人钛合金基体后形成的物相进行钻研，一致以为是碳原子与钛基体形成新的TiC相进而提高钛合金的表表硬度，同时碳原子进人钛基体味对钛合金的位错活动起“钉扎"作用，这2种作用共同导致TA31钛合金的表表硬度提高,同时其表表耐磨性有显著提升[1-1]。
为进一步钻研本次渗碳层的有效深度，对渗碳后试样的渗碳截面进行梯度显微硬度测试，沿渗碳截面测试距离端面10、30、50、70、100μm处的显微硬度。图5为梯度显微硬度测试了局，能够看出在距表表100μm时的显微硬度达到362HV，相比表1中未渗碳1#试样最高表表硬度313HV高49HV,因而能够得出本次渗碳处置的有效深度超过100 μml1618]。
2.3力学机能变动钻研
对渗碳处置前后的TA31钛合金资料按图1取样进行弦向室温拉伸及弦向冲击机能对比测试,表2是具体测试了局。从表2能够看出,渗碳处置前TA31钛合金的抗拉强度及屈服强度为858、773MPa，渗碳处置后的抗拉强度及屈服强度为839、763MPa，渗碳后TA31钛合金的强度出现幼幅降低。渗碳后TA31钛合金的断后伸长率出现0.5%的较幼幅度增高，断面收缩率从未渗碳的38%提高到渗碳后的48%，批注渗碳后TA31钛合金的塑性有较为显著的提高。同时渗碳后TA31钛合金的冲击吸收功由111J降落到95.4J,批注资料的缺口敏感性降低。
渗碳后TA31钛合金的强度降低、塑性提高、缺口敏感性降低，这些力学机能的变动法规结合渗碳后TA31钛合金次生α相粗化情况分析其变动原由于由于渗碳后TA31钛合金的次生α相成长变大，基体内晶界削减,对室温下塑性变形的晶；乒收献饔眉跞，导致TA31钛合金的力学机能会出现强度降低、塑性提高、缺口敏感性降低的变动[19-21]。
因而在现实工程利用中要结合工况机能要求，适当调整渗碳处置工艺参数，能够在强度机能较少降低、塑性略微提高的基础上有效提高TA31钛合金的表表硬度,进而提高其耐磨性。
3、结论
(1)固体渗碳处置后TA31钛合金的显微组织会产生次生α相粗化，该变动导致渗碳后TA31钛合金强度略微降低、塑性提高、缺口敏感性降低。
(2)通过固体渗碳处置后TA31钛合金表表最高硬度达到945HV，较基体硬度提升约203%，有效硬化层超过100μm。渗碳处置可有效提高TA31钛合金的表表硬度，改善其耐磨性。
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