金峰等：钛合金挤压用含NaC新型玻璃润滑剂的黏一温特性、热腐蚀及热障性能 ·725· (a) 氧化支 镶料 氧化支 基体一、 基体一一。 320 20 jm 320 SE MAG:1000 x HV:20.0 kV WD:12.3mm SE MAG:1000 x HV:20.0 kV WD:12.4 mm 20m c (d) 氧化皮 氧化皮 基体一 基体 320 20m 320 SE MAG:1000 x HV:20.0 kV WD:12.3 mm SE MAG:1000 x HV:20.0 kV WD:126 mm 20m 图4未涂覆润滑剂钛合金试样950℃保温不同时间的横截面形貌.(a)5min;(b)10min:(c)20min:(d)30min Fig.4 Cross-section morphology of unlubricated titanium alloy heated at 950C:(a)5 min:(b)10 min:(c)20 min:(d)30 min 金坯料表面生成的轻微氧化皮 10 2.3润滑剂对钛合金与模具钢界面换热的影响 将H13模具钢加热至400℃，TA15钛合金加热 6 至900℃，界面铺垫新型玻璃润滑剂（磷酸盐玻璃/ Si02/NaCl质量比为70：20：10)进行换热实验，润滑 剂初始松装厚度为1mm,实验结束后测量其剩余厚 度约为0.1mm.将采集到的温度-时间数据导入 10152025 30 Origin软件，得到各点的温度-时间曲线如图8.曲 时间/min 线1~6对应点1~6的温度变化值，传热开始点即 图5钛合金氧化皮厚度与保温时间关系 为曲线斜率的改变点，结束点为曲线两条切线的交 Fig.5 Relationship between thickness of titanium alloy oxide skin 点处，本文选择界面传热强烈的区间进行研究，所以 and holding time 结束点利用切线法获得 的，钛合金坯料在预热过程中氧化程度较小，此外钛 图8中，根据曲线斜率变化的时间判断出开始 合金坯料完成预热后进行润滑剂滚涂/喷涂时会与 换热时间为5.8s,此时曲线4的温度即TA15钛合 大气接触也会产生轻微氧化.对图4(a)试样进行 金棒端面温度为896℃.根据切线法判断出结束换 玻璃润滑剂涂覆后，继续在950℃保温2min,打磨 热时间为27.9s,此时曲线4即TA15钛合金棒端面 抛光后采用扫描电子显微镜观察其横截面形貌如图 温度为726℃，换热过程持续22.1s. 7所示. 将图8中点3和点4的温度时间数据，以及经 对比图7与图4(a)可知，涂覆玻璃润滑剂后继 过计算得到的换热系数h随时间变化的数据输入 续保温2min的试样表面的氧化皮消失，根据文献 Origin软件，制得图9(a).为了与传统钛合金热挤 ū7-18]，这是由于钛合金表面生成的氧化皮主要 压用润滑剂的热障效果进行对比，将TA15钛合金 成分为TiO2,而玻璃润滑剂中熔融的NaCl与TiO2 加热至900℃，H13模具钢加热至400℃，在界面 发生反应，使氧化皮在高温下溶解于玻璃润滑剂. 铺垫硅酸盐玻璃润滑剂(SiO2、Na20、B2O3的质量 因此，本文新型玻璃润滑剂一方面具有较好的高温 比约为60：20：20)，将所得温度一时间数据绘制成 防氧化作用，另一方面也能够消除实际生产中钛合 图9(b).金 峰等: 钛合金挤压用含 NaCl 新型玻璃润滑剂的黏--温特性、热腐蚀及热障性能 图 4 未涂覆润滑剂钛合金试样 950 ℃保温不同时间的横截面形貌． ( a) 5 min; ( b) 10 min; ( c) 20 min; ( d) 30 min Fig． 4 Cross-section morphology of unlubricated titanium alloy heated at 950 ℃ : ( a) 5 min; ( b) 10 min; ( c) 20 min; ( d) 30 min 图 5 钛合金氧化皮厚度与保温时间关系 Fig． 5 Ｒelationship between thickness of titanium alloy oxide skin and holding time 的，钛合金坯料在预热过程中氧化程度较小，此外钛 合金坯料完成预热后进行润滑剂滚涂/喷涂时会与 大气接触也会产生轻微氧化． 对图 4( a) 试样进行 玻璃润滑剂涂覆后，继续在 950 ℃ 保温 2 min，打磨 抛光后采用扫描电子显微镜观察其横截面形貌如图 7 所示． 对比图 7 与图 4( a) 可知，涂覆玻璃润滑剂后继 续保温 2 min 的试样表面的氧化皮消失，根据文献 ［17--18］，这是由于钛合金表面生成的氧化皮主要 成分为 TiO2，而玻璃润滑剂中熔融的 NaCl 与 TiO2 发生反应，使氧化皮在高温下溶解于玻璃润滑剂． 因此，本文新型玻璃润滑剂一方面具有较好的高温 防氧化作用，另一方面也能够消除实际生产中钛合 金坯料表面生成的轻微氧化皮． 2. 3 润滑剂对钛合金与模具钢界面换热的影响 将 H13 模具钢加热至 400 ℃，TA15 钛合金加热 至 900 ℃，界面铺垫新型玻璃润滑剂( 磷酸盐玻璃/ SiO2 /NaCl 质量比为 70∶ 20∶ 10) 进行换热实验，润滑 剂初始松装厚度为 1 mm，实验结束后测量其剩余厚 度约为 0. 1 mm． 将采集到的温度--时间数据导入 Origin 软件，得到各点的温度--时间曲线如图 8． 曲 线 1 ～ 6 对应点 1 ～ 6 的温度变化值，传热开始点即 为曲线斜率的改变点，结束点为曲线两条切线的交 点处，本文选择界面传热强烈的区间进行研究，所以 结束点利用切线法获得． 图 8 中，根据曲线斜率变化的时间判断出开始 换热时间为 5. 8 s，此时曲线 4 的温度即 TA15 钛合 金棒端面温度为 896 ℃ ． 根据切线法判断出结束换 热时间为 27. 9 s，此时曲线 4 即 TA15 钛合金棒端面 温度为 726 ℃，换热过程持续 22. 1 s． 将图 8 中点 3 和点 4 的温度时间数据，以及经 过计算得到的换热系数 hc随时间变化的数据输入 Origin 软件，制得图 9( a) ． 为了与传统钛合金热挤 压用润滑剂的热障效果进行对比，将 TA15 钛合金 加热至 900 ℃ ，H13 模具钢加热至 400 ℃ ，在界面 铺垫硅酸盐玻璃润滑剂( SiO2、Na2O、B2O3的质量 比约为 60∶ 20∶ 20) ，将所得温度--时间数据绘制成 图 9( b) ． · 527 ·