Legure titana imaju prednosti visoke specifične čvrstoće, dobre zavarljivosti, izvrsne biokompatibilnosti i otpornosti na koroziju, a sada su postale izvrstan strukturni materijal za primjenu u zračnom, kopnenom i morskom okruženju. Iako se legure titana široko koriste u raznim područjima, njihova niska tvrdoća, slaba otpornost na trošenje i visok koeficijent trenja uvelike ograničavaju njihovu primjenu u tribologiji.
Kako bi se poboljšala tribološka svojstva titanovih legura i povećala njihova otpornost na habanje, tretman čvrstog pougljičenja proveden je na leguri TA1, leguri TC4 i leguri TC21. Proces pougljičenja za legure titana prikazan je u tablici 1. Debljina pougljičenog sloja i TiC sloja u leguri TA1 povećava se s višim temperaturama pougljičenja i duljim vremenima pougljičenja. Za leguru TC4, debljina podsloja spoja raste s višim temperaturama i dužim vremenom pougljičenja, ali ukupna debljina pougljičenog sloja se smanjuje kako temperatura pougljičavanja raste. Slično, debljina pougljičenog sloja u leguri TC21 smanjuje se s povećanjem temperature pougljičenja. Na temperaturama od 1000 stupnjeva –1100 stupnjeva, rast podsloja spoja u leguri TC4 kontroliran je rastom intermetalnih spojeva Ti-Al i kemijskim reakcijama između C i intermetalnih spojeva Ti-Al. Formiranje složenog podsloja ima razdoblje inkubacije; nakon tog razdoblja, složeni podsloj slijedi parabolički zakon rasta. Izračunata energija aktivacije difuzije iznosi 192,597 kJ/mol.
| Razred |
Temperatura naugljičavanja (stupnjevi) |
Vrijeme naugljičavanja (h) |
|
TA1 |
950,1000,1050,1100 |
4,6 |
|
TC4 |
950,1000,1050,1100 |
1,2,4,6,10 |
|
TC21 |
950,1000,1050,1100 |
4,6 |
Nakon tretmana pougljičenjem, površinska tvrdoća legure TA1, legure TC4 i legure TC21 povećala se za 350,99%, 163,67%, odnosno 175,39%, u usporedbi s izvornim legurama. Ispitivanja suhog kliznog trenja i trošenja provedena su na naugljičenim legurama, a rezultati su pokazali da su se u usporedbi s originalnim legurama, stope trošenja naugljičene legure TA1, TC4 legure i TC21 legure smanjile za više od 98,44%, 97,39%, odnosno 96,16%, a otpornost na habanje TC4 legure se poboljšala s naugljičenjem temperatura povećana. Parametri ispitivanja trošenja prikazani su u tablici 2.
|
Brzina klizanja (m/s) |
Učitaj korisni teret (N) |
|
0.2 |
10,15,20,30,40,50,60,70,80,100,120 |
|
0.5 |
10,20,30,40,60,80,100,120,140,180 |
|
1.0 |
10,15,20,25,30,35,40,50,60 |
|
2.0 |
10,15,20,25,30 |
