丁 燕，梁 軍，鄧 凱，柏 林，戴振東

?

損傷容限型鈦合金TC4-DT的微動(dòng)磨損性能

丁 燕1，梁 軍2，鄧 凱1，柏 林3，戴振東1

(1. 南京航空航天大學(xué)航天學(xué)院，南京 210016；2. 固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所，蘭州 730000；3. 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所，成都 610041)

采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，選擇影響鈦合金微動(dòng)磨損的位移、載荷、頻率3個(gè)主要因素，設(shè)計(jì)L16(45)正交表，研究鈦合金TC4-DT在不同試驗(yàn)條件下的抗微動(dòng)性能。以磨損量、摩擦因數(shù)為指標(biāo)研究其微動(dòng)摩擦磨損特性。結(jié)果表明：影響鈦合金TC4-DT微動(dòng)磨損性能的3個(gè)因素中，位移、載荷為高度顯著影響，頻率為顯著影響。鈦合金TC4-DT的微動(dòng)磨損為磨粒磨損、粘著磨損和剝層磨損交互作用的結(jié)果。

TC4-DT鈦合金；正交實(shí)驗(yàn)；微動(dòng)磨損性能

鈦合金比強(qiáng)度高、密度小、耐高溫和耐腐蝕性好，在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、化工等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用[1?2]。但鈦合金潤(rùn)滑性和耐磨性差，對(duì)微動(dòng)損傷十分敏感。研究表明微動(dòng)會(huì)大幅度降低鈦合金的疲勞極限，如Ti-6Al-4V合金微動(dòng)疲勞極限下降高達(dá)62%[3?6]。為擴(kuò)大航空部門(mén)用鈦量、進(jìn)一步提高飛機(jī)的穩(wěn)定性、安全性，國(guó)內(nèi)也研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型損傷容限型鈦合金TC4- DT[7?8]，以滿(mǎn)足我國(guó)先進(jìn)飛機(jī)長(zhǎng)壽命和損傷容限耐久性設(shè)計(jì)發(fā)展需求[9]。TC4-DT因鍛造性能優(yōu)異、熱處理工藝可控、焊接性能優(yōu)良、機(jī)械加工性能和耐腐蝕性能好，成為高性能飛機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材 料[10?12]。但用于聯(lián)接鉸鏈時(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的微動(dòng)磨損。早期STRAFFELINI等[13?16]認(rèn)為鈦合金的磨損過(guò)程中產(chǎn)生的氧化物不能起到減磨作用導(dǎo)致鈦合金耐磨性較差，需要表面處理才能增加其耐磨性，限制了鈦合金本身磨損性能的研究[17?19]。在鈦合金TC4-DT研究中，常規(guī)摩擦磨損和微動(dòng)磨損性能的研究報(bào)道亦較少。胥軍等[20]研究了TC4-DT鈦合金磨削表面的摩擦磨損性能，主要磨損機(jī)制是磨粒磨損、粘著磨損和剝離磨損。隨著TC4-DT鈦合金在飛行器中用量的增加，特別是作為關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件使用量的增大，其微動(dòng)損傷問(wèn)題逐漸突出，成為影響飛機(jī)安全的隱患之一。為此，需系統(tǒng)地研究TC4-DT鈦合金的微動(dòng)磨損特性。本文作者采用正交試驗(yàn)，研究TC4-DT鈦合金微動(dòng)頻率、法向載荷和微動(dòng)振幅等參數(shù)對(duì)TC4-DT的微動(dòng)磨損性能的影響，為航空結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性設(shè)計(jì)提供 參考。

1 實(shí)驗(yàn)

在飛機(jī)結(jié)構(gòu)和相關(guān)部件中，主要的金屬材料有：鋁合金、鈦合金和鋼[21]。飛行一定航時(shí)發(fā)現(xiàn)，部分關(guān)鍵的金屬材料結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)了嚴(yán)重的磨損，且為不同的兩種金屬材料。本文作者根據(jù)實(shí)際工況，實(shí)驗(yàn)條件為室溫干摩擦，循環(huán)周次為1×105次。微動(dòng)磨損實(shí)驗(yàn)在SRV-VI往復(fù)式微動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上完成，采用圓柱/平面接觸方式。上試樣PH13-8Mo鋼為圓柱體(尺寸為：直徑=6 mm，長(zhǎng)度=16 mm，表面粗糙度a≤0.8 μm)，下試樣TC4-DT鈦合金為長(zhǎng)方體(尺寸為：=20 mm，=10 mm，=7 mm，a≤1.6 μm)。鈦合金TC4-DT的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：92.44%Ti、5.64%Al、0.59%C。

微動(dòng)磨損過(guò)程復(fù)雜，涉及的因素較多[22?27]。其中，微動(dòng)頻率、法向載荷、微動(dòng)振幅3個(gè)參數(shù)的影響顯著。正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)針對(duì)上述參數(shù)設(shè)定了4個(gè)因子水平(見(jiàn)表1)。根據(jù)TC4-DT鈦合金構(gòu)件的工作條件，選定每個(gè)因子的實(shí)驗(yàn)范圍：微動(dòng)頻率10~40 Hz，法向載荷25~100 N，微動(dòng)振幅50~400 μm。

表1 因子和對(duì)應(yīng)的水平

用三維表面輪廓儀(NANOMAP500LS，美國(guó))測(cè)試磨損率，測(cè)定磨痕的二維形貌曲線，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Origin軟件，進(jìn)行積分計(jì)算可得磨痕的平均截面積，再乘以磨痕長(zhǎng)度，即可得到磨痕體積(磨損量)，根據(jù)實(shí)際循環(huán)周次，計(jì)算出磨損量。用電子顯微鏡(JSM?5600LV，日本)觀察試樣磨痕，分析磨損機(jī)制。

2 結(jié)果與討論

2.1 磨損量的方差分析

表2所示為L(zhǎng)16(45)正交表實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果。表2中實(shí)驗(yàn)序列對(duì)應(yīng)TC4-DT鈦合金16組不同試驗(yàn)參數(shù)下的微動(dòng)磨損試驗(yàn)。G為對(duì)應(yīng)第個(gè)實(shí)驗(yàn)TC4-DT鈦合金的磨損量，試樣的磨損量界于0.0469~1.4078 mm3之間。圖1列出試樣的磨損量，可見(jiàn)第1組試樣的磨損率最小(0.0469 mm3)，第14組試樣的磨損率最大(1.4078 mm3)，第2、4、7、10、13組試樣的磨損率較大。

根據(jù)所測(cè)試單位周次的磨損量結(jié)果，計(jì)算出因子(A)頻率、(B)載荷、(C)位移的比(見(jiàn)表3)。臨界值根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)原理編制的分布表確定，依據(jù)檢驗(yàn)的臨界值表查得，信度0.10時(shí)：0.10(3，6)=3.29，信度0.05時(shí)：0.05(3，6)=4.76，信度0.01時(shí)：0.01(3，6) =9.78。對(duì)于A因子，鈦合金TC4-DT的A=3.960＜0.05(3，6)，說(shuō)明頻率對(duì)鈦合金TC4-DT的微動(dòng)磨損有顯著影響；對(duì)于B、C因子，鈦合金TC4-DT的B=13.249＞0.01(3，6)，C=15.888＞0.01(3，6)，即載荷和位移對(duì)鈦合金TC4-DT的微動(dòng)磨損有高度顯著的影響。

表2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表

1,2,3,4respectively are sum of four levelsGdate;1and2are two types of errors;;

圖1 不同實(shí)驗(yàn)因素下鈦合金TC4-DT的磨損率

表3給出了正交實(shí)驗(yàn)方差分析的結(jié)果。根據(jù)表2中各水平對(duì)應(yīng)的磨損量之和I，II，III，IV的大小可以看出，TC4-DT鈦合金A因子的1水平，B因子的1水平，C因子的1水平時(shí)單位周次磨損量最小，即TC4-DT鈦合金的微動(dòng)磨損影響較小條件為A1B1C1，頻率為10 Hz，載荷為25 N，位移為50 μm，標(biāo)記該條件下鈦合金試樣為T(mén)C4-DTmix。同理可得，TC4-DT鈦合金A因子的4水平，B因子的2水平，C因子的4水平時(shí)磨損量最大，即TC4-DT鈦合金的微動(dòng)磨損影響較大條件為A4B2C4，頻率為40 Hz，載荷為50 N，位移為400 μm，標(biāo)記該條件下鈦合金試樣為T(mén)C4-DTmax。該結(jié)果可預(yù)測(cè)3個(gè)主要影響因素在一定范圍內(nèi)對(duì)鈦合金微動(dòng)磨損影響最小和最大的參數(shù)條件。根據(jù)正交試驗(yàn)的結(jié)果，測(cè)試了鈦合金在這兩種參數(shù)條件下的磨損量。在頻率為10 Hz，載荷為25 N，位移為50 μm條件下，鈦合金TC4-DT的G(TC4-DTmix)=0.0469 mm3；在頻率為40 Hz，載荷為50 N，位移為400 μm條件下，鈦合金TC4-DT的G(TC4-DTmax)=2.7819 mm3。

2.2 微動(dòng)區(qū)域磨損形貌

圖2所示為T(mén)C4-DTMix、TC4-DTMax的二維形貌和SEM像。從圖2(a)和(b)可以看出，在不同的試驗(yàn)條件下，鈦合金TC4-DT微動(dòng)磨損接觸區(qū)域出現(xiàn)不同程度低于試樣基準(zhǔn)表面的凹坑。圖2(a)所示為T(mén)C4-DTMix的二維磨痕。由圖2可知，呈現(xiàn)寬度約為20 μm，深度約為5 μm不規(guī)則的凹坑，而圖2(b)所示為T(mén)C4-DTMax的磨痕。由圖2(b)可知，凹痕寬度達(dá)到約1500 μm，深度達(dá)到約1000 μm，整個(gè)接觸區(qū)域均發(fā)生嚴(yán)重的損傷, 呈現(xiàn)明顯的材料流失。從圖2(c)、(d)可以看出，磨痕均呈現(xiàn)不同寬度的線狀，其摩擦表面凹凸不平，存在平行于滑動(dòng)方向的溝槽痕跡。接觸區(qū)局部應(yīng)力超過(guò)材料的塑性抗力極限，磨痕呈現(xiàn)明顯的塑性變形，磨損區(qū)主要是由與基體緊密結(jié)合的塑性變形層和覆蓋于塑變層表面的磨屑附著層共同疊加組成。由磨痕的放大形貌圖可清晰地觀察到塑性變形層，TC4-DTmax磨痕表面絕大多數(shù)區(qū)域被磨屑層覆蓋，磨屑多為粒狀，局部裸露出塑變層的表面。該層TC4-DTmix、TC4-DTmax均呈現(xiàn)較清晰的損傷的痕跡，彗星狀的磨痕以及犁溝，磨損表面存在大小不等的結(jié)疤和材料缺失的現(xiàn)象。由高倍形貌圖可以看出細(xì)小顆粒狀磨屑覆蓋層，塑性變形層材料剝落形成大片磨屑，因?yàn)槲灰品^大，經(jīng)過(guò)反復(fù)碾壓形成細(xì)碎磨屑，細(xì)小磨屑比較容易轉(zhuǎn)移排出接觸面，磨屑層較薄，損傷較為嚴(yán)重。

表3 方差分析

2.3 磨屑

圖3(a)、(b)所示為T(mén)C4-DTmix、TC4-DTmax的磨屑SEM像。從圖中可以看出，TC4-DTmix的磨屑多為細(xì)碎的顆粒狀，直徑在0.3~3 μm之間，而TC4-DTmax磨屑一部分成為細(xì)小的磨屑，而另一部分為薄而長(zhǎng)的片狀結(jié)構(gòu)。是由于隨著載荷和位移的增大，在摩擦過(guò)程中剪切變形不斷積累，使表面下一定深度處形成裂紋，裂紋在一定深度沿平行于表面的方向延伸，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到臨界長(zhǎng)度后，在裂紋與表面之間的材料以片狀磨屑的形式剝落下來(lái)，說(shuō)明試樣在該條件下剝層磨損加劇。對(duì)TC4-DTmax磨痕進(jìn)行EDS分析(見(jiàn)圖3(c))可見(jiàn)，表面除了鈦合金本身的組成成分外，還出現(xiàn)了Fe、O元素，F(xiàn)e是從對(duì)摩擦副(PH13-8Mo鋼)轉(zhuǎn)移而來(lái)。另外氧的含量較高，說(shuō)明磨損面的確被氧化成氧化膜，進(jìn)一步對(duì)其片狀磨屑進(jìn)行能譜分析(見(jiàn)圖3(d))，與磨痕相比，O和Fe含量較高，說(shuō)明含有鈦合金TC4-D和PH13-8Mo鋼兩種成分的磨屑。從圖2、3可以看出：TC4-DT鈦合金的磨損表面形貌基本一樣，存在犁溝劃痕磨屑、塑性變形、分層和剝離現(xiàn)象，說(shuō)明TC4-DT鈦合金的磨損不是一種機(jī)理在起作用，而是粘著磨損、磨粒磨損、剝層磨損同時(shí)存在，只是在一定實(shí)驗(yàn)條件下，某種機(jī)理起重要效用。

圖2 鈦合金TC4-DT的SEM像和二維形貌圖

圖3 磨屑的SEM像與EDS譜

2.4 摩擦因數(shù)

為了分析TC4-DT鈦合金在某一條件下的摩擦因數(shù)曲線變化，對(duì)兩組試驗(yàn)的試樣進(jìn)行分析，并根據(jù)摩擦因數(shù)點(diǎn)的分布，擬合成摩擦曲線(見(jiàn)圖4)。圖4(a)所示為T(mén)C4-DTmix摩擦因數(shù)曲線，穩(wěn)定階段的平均摩擦因數(shù)約0.7，摩擦點(diǎn)的變化范圍較小，摩擦因數(shù)比較穩(wěn)定。圖4(b)所示為T(mén)C4-DTmax的摩擦因數(shù)曲線，摩擦點(diǎn)振動(dòng)范圍增大，在0.6~1.0之間，平均摩擦因數(shù)為0.8。

圖4 TC4-DT鈦合金的摩擦因數(shù)曲線

從圖4(a)，(b)可以得出，微動(dòng)的初始階段(跑合階段)由于TC4-DT鈦合金接觸表面未破裂，曲線中的摩擦因數(shù)均較低。幾個(gè)循環(huán)后在往復(fù)相對(duì)作用下，污染膜受到剪切和擠壓作用開(kāi)始逐漸破裂，材料發(fā)生直接接觸，實(shí)際接觸面積增大，由于接觸處的表面粘著和塑性變形，摩擦因數(shù)迅速增加。此后局部開(kāi)始出現(xiàn)顆粒剝離，大量顆粒的累積在表面形成第三體層，起到固體潤(rùn)滑的作用，逐漸由二體向三體磨損轉(zhuǎn)變。經(jīng)過(guò)一定的循環(huán)次數(shù)后，表面的形貌由于顆粒的不斷剝離發(fā)生變化，磨屑在微動(dòng)擠壓作用下逐漸發(fā)生碎花，當(dāng)磨屑的產(chǎn)生與溢出速率保持動(dòng)態(tài)平衡，因此摩擦因數(shù)變化較小，趨于穩(wěn)定值。而相比之下，TC4-DTmax的摩擦因數(shù)較大，是由于剝層磨損使摩擦表面變粗糙，脫落的大片狀磨屑夾持于對(duì)磨面之間，導(dǎo)致摩擦因數(shù)和磨損量都會(huì)增大。

3 結(jié)論

1) 采用正交試驗(yàn)，對(duì)不同條件下TC4-DT鈦合金的微動(dòng)磨損性能進(jìn)行研究，根據(jù)磨損量及其方差分析，結(jié)果表明：位移、載荷對(duì)鈦合金的微動(dòng)磨損性能為高度顯著影響，頻率為顯著影響。

2) 頻率為10 Hz、載荷為25 N、位移為50 μm條件下，鈦合金TC4-DT微動(dòng)磨損量最??；頻率為40 Hz、載荷為50 N、位移為400 μm條件下，鈦合金TC4-DT微動(dòng)磨損量最大。

3) TC4-DT鈦合金的微動(dòng)磨損表面形貌特征為存在犁溝劃痕磨屑、塑性變形、分層和剝離現(xiàn)象。磨損機(jī)理主要為磨粒磨損、粘著磨損和剝層磨損，只是在一定實(shí)驗(yàn)條件下，某種機(jī)理起重要效用。

[1] CUI Chun-xiang, HU Bao-min, ZHAO Li-chen, LIU Shuang-jin. Titanium alloy production technology market prospects and industry development[J]. Materials and Design, 2011, 32: 1684?1691.

[2] 李 梁, 孫健科, 孟祥軍. 鈦合金的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J]. 鈦工業(yè)進(jìn)展, 2004, 21(5): 19?24. LI Liang, SUN Jian-ke, MENG Xiang-jun. Application state and prospects for titanium alloys[J]. Tanium Industy Progress, 2004, 21(5): 19?24.

[3] FAUREA L, BOLLEB B, PHILIPPONC S, SCHUMANA C, CHEVRIERC P, TIDUB A. Friction Experiments for titanium alloy tribopairs sliding in dry conditions: Sub-surface and surface analysis[J]. Tribology International, 2012, 54: 17?25.

[4] BUDINSKI K G. Tribological properties of titanium alloys[J]. Wear, 1991, 151: 203?217.

[5] 朱知壽. 航空結(jié)構(gòu)用新型高性能鈦合金材料技術(shù)研究與發(fā)展[J]. 航空科學(xué)技術(shù), 2012, 1: 5?9. ZHU Zhi-shou. Research and development of advanced new type titanium alloys for aeronautical applications[J]. Aeronautical Science & Technology, 2012, 1: 5?9.

[6] 戴振東, 王 珉, 楊生榮, 薛群基, 張 宏. 面掃描激光淬火對(duì)鈦合金微動(dòng)磨損性能的影響[J]. 摩擦學(xué)學(xué)報(bào), 1999, 19(2): 107?111. DAI Zhen-dong, WANG Min, YANG Sheng-rong, XUE Qun-ji, ZHANG Hong. The effect of band laser beam quenching on fretting wear characteristics of titanium alloy[J]. Tribology, 1999, 19(2): 107?111.

[7] 柏 林, 丁 燕, 鄧 凱, 王寧濤, 龔海波, 趙志國(guó), 戴振東. TC21鈦合金微動(dòng)磨損特性的研究[J]. 材料導(dǎo)報(bào), 2013, 10: 79?82. BAI Lin, DING Yan, DENG Kai, WANG Ning-tao, GONG Hai-bo, ZHAO Zhi-guo, DAI Zhen-dong. Fretting wear behavior of TC21 alloy materials[J]. Materials Review, 2013, 10: 79?82.

[8] 王新南, 朱知壽, 童 路, 周 宇, 周曉虎, 俞漢清. 鍛造工藝對(duì)TC4-DT和TC21損傷容限型鈦合金疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響[J]. 中國(guó)材料進(jìn)展, 2008, 27(7): 12?16. WANG Xin-nan, ZHU Zhi-shou, TONG Lu, ZHOU Yu, ZHOU Xiao-hu, YU Han-qing. The influence of forging processing on fatigue crack propagation rate of damage-tolerant titanium alloy[J]. Materials China, 2008, 27 (7): 12?16.

[9] 李 輝, 趙永慶, 曲恒磊, 曾衛(wèi)東. 損傷容限型TC4-DT合金疲勞裂紋擴(kuò)展行為研究[J]. 稀有金屬材料與工程, 2007, 36(6): 963?967. LI Hui, ZHAO Yong-qin, QU Heng-lei, ZENG Wei-dong. Fatigue crack growth behavior of TC4- DT alloy in damage tolerance type[J]. Rare Metal Meterials and Engineering, 2007, 36(6): 963?967.

[10] 彭小娜, 郭鴻鎮(zhèn), 石志峰, 姚澤坤. 等溫壓縮對(duì)鈦合金組織及斷裂韌性的影響[J]. 材料熱處理技術(shù), 2011, 40(20): 64?67. PENG Xiao-na, GUO Hong-zheng, SHI Zhi-feng, YAO Ze-kun. Effects of isothermal compression on microstructure and fracture toughness of TC4-DT titanium alloy[J]. Meterial & Heat Treatment, 2011, 40(20): 64?67.

[11] 高 娃, 張存信. 低成本鈦合金制備技術(shù)及其軍事應(yīng)用[J]. 鈦工業(yè)進(jìn)展, 2008, 25(3): 6?10. GAO Wa, ZHANG Cun-xin. Process of the low-cost titanium alloy and its military application[J]. Tanium Industy Progress, 2008, 25(3): 6?10.

[12] GUO Ping, ZHAO Yong-qing, ZENG Wei-dong, HONG Quan. The effect of microstructure on the mechanical properties of TC4-DT titanium alloys[J]. Materials Science and Engineering A, 2013, 563: 106?111.

[13] STRAFFELINI G, MOLINARI A. Dry sliding wear of Ti-6Al-4V alloy as influenced by the counterface and sliding condition[J]. Wear, 1999, 236: 328?38.

[14] MOLINARI A, STRAFFELINI G, TESI B, BACCI T, PRADELLI G. Effects of load and sliding speed on the tribological behavior of Ti-6Al-4V plasma nitride different temperatures[J]. Wear, 1997, 203/204: 447?54.

[15] MOLINARI A, STRAFFELINI G, TESI B, BACCI T. Dry sliding wear mechanisms of the Ti6Al4V alloy[J]. Wear, 1997, 208: 105?12.

[16] STRAFFELINI G, MOLINARI A. Mild sliding wear of Fe-0.2%C, Ti-6%Al-4%V and Al-7072: A comparative study[J]. Tribol Lett, 2011, 41: 227?38.

[17] LI X X, ZHANG Q Y, ZHOU Y, LIU J Q, CHEN K M, WANG S Q. Mild and severe wear of titanium alloys[J]. Tribol Lett, 2016, 61: 2?9.

[18] ZHANG Q Y, ZHOU Y, WANG L, CUI X H, WANG S Q. Investigation on tribo-layers and their function of a titanium alloy during dry sliding[J]. Tribology Internationa, 2016, l94: 541?549.

[19] CUI X H, MAO Y S, WEI M X, WANG S Q. Wear characteristics of Ti-6Al-4V alloy at 20-400 C[J]. Tribology Transactions, 2012, 55(2): 185?190.

[20] 胥 軍, 盧文壯, 王 晗, 朱延松, 黃群超, 左敦穩(wěn).陶瓷結(jié)合劑CBN砂輪高速磨削鈦合金TC4-DT[J]. 金剛石與磨料磨具工程, 2012, 5(33): 12?21. XU Jun, LU Wen-zhuang, WANG Han, ZHU Yan-song, HUAN Qun-chao, ZUO Dung-wen. High speed grinding TC4-DT alloy with vitrified CBN wheel[J]. Diameond & Abrasives Engineering, 2012, 5(33): 12?21.

[21] 金和喜, 魏克湘, 李建明, 周建宇, 彭文靜. 航空用鈦合金研究進(jìn)展[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2015, 25(2): 280?292. JIN He-xi, WEI Ke-xiang, LI Jian-ming, ZHOU Jian-yu, PENG Wen-jing. Research development of titanium alloy in aerospace industry[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2015, 25(2): 280?292.

[22] 童 路, 朱知壽, 俞漢清, 王之錄. TC4-DT鈦合金自由鍛件組織與性能的影響因素[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2010, 20(1): 87?90. TONG Lu, ZHU Zhi-shou, YU Han-qing, WANG Zhi-lu. Influence factors of microstructure and property of TC4-DT titanium alloy free forgings[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010, 20(1): 87?90.

[23] 鄧 凱, 于 敏, 戴振東, 梁 軍, 張廣安, 劉維民. TC11 及表面改性膜層在海水中的微動(dòng)磨損研究[J]. 稀有金屬材料與工程, 2014, 43(5): 1099?1104. DENG Kai, YU Min, DAI Zhen-dong, LIANG Jun, ZHANG Guang-an, LIU Wei-min. Fretting wear of TC11 and surface modified layers in seawater[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2014, 43(5): 1099?1104.

[24] MEHDI M, FAROKHZADEH K, EDRISY A. Dry sliding wear behavior of superelastic Ti-10V-2Fe-3Al-titanium alloy[J]. Wear, 2016, 350/351: 10?20.

[25] SARAVANAN I, ELAYA PERUMAL A, FRANKLIN ISSAC R, VETTIVEL S C, DEVARAJU A. Optimization of wear parameters and their relative effects on TiN coated surface against Ti6Al4V alloy[J]. Materials and Design, 2016, 92: 23?35.

[26] KROL S, PTACEK L, ZALISZ Z, HEPNER M. Friction and wear properties of titanium and oxidised titanium in dry sliding against hardened C45 steel[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2004, 157/158: 364?369.

[27] 何莉萍, 林修洲, 蔡振兵, 張 強(qiáng), 朱旻昊. 鈦及其合金的扭動(dòng)微動(dòng)摩擦磨損特性[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2012, 22(1): 99?105. HE Li-ping, LIN Xiu-zhou, CAI Zhen-bing, ZHANG Qiang, ZHU Min-hao. Torsional fretting friction and wear behaviors of titanium and its alloy[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2012, 22(1): 99?105.

(編輯 龍懷中)

Fretting wear of damage tolerance TC4-DT alloy

DING Yan1, LIANG Jun2, DENG Kai1, BO lin3, DAI Zhen-dong1

(1. College of Astronautics, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China;2. State Key Laboratory of Solid Lubrication, Lanzhou Institute of Chemical Physics, Lanzhou 730000, China;3. China Aviation Industry Corporation, Chengdu Aircraft Design and Research Institute, Chengdu 610091, China)

The fretting wear characteristics of TC4-DT alloy were studied using orthogonal design experiment. According to the three major factors that affect the fretting wear of titanium alloy, the anti-fretting properties of TC4-DT alloy by L16 (45) orthogonal table were studied. The fretting friction and wear characteristics were evaluated by the abrasion and friction coefficient. The results show that displacement and load are highly significant factors whereas frequency is significant factor for the fretting wear performance of TC4-DT alloy. The fretting properties of TC4-DT alloy are the results of the interaction of abrasive wear, adhesive wear and peel wear.

TC4-DT alloy; orthogonal design experiment; fretting wear property

Project (LSL-1409) supported by the Opening Project of State Key Laboratory of Solid Lubrication; Project (61161120323) supported by the National Natural Science Foundation of China

2015-11-01; Accepted date:2016-12-19

DING Yan; Tel: +86-25-84892581-802; E-mail: nuaadingyan@163.com

10.19476/j.ysxb.1004.0609.2017.03.011

1004-0609(2017)-03-0532-07

TH117.1

A

固體潤(rùn)滑國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題資助項(xiàng)目(LSL-1409)；國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61161120323)

2015-11-01；

2016-12-19

丁 燕，實(shí)驗(yàn)師；電話：025-84892581-802；E-mail：nuaadingyan@163.com