氮气油雾介质下Ti-6Al-4V钛合金高速铣削试验研究

通过以氮气油雾作为切削介质的切削方法,应用硬质合金刀具对T i-6A l-4V钛合金材料进行了高速铣削试验,分析了铣削过程中的切屑形成、刀具磨损、已加工表面粗糙度等因素的变化。对氮气油雾介质下的钛合金高速铣削机理进行了探讨,同时通过氮气油雾介质、空气油雾介质以及干切削状况下的钛合金高速铣削对比试验,证明了以氮气油雾为切削介质进行钛合金高速铣削的可行性。研究结果表明,与空气油雾介质及干切削相比,氮气油雾介质下的钛合金切屑表面较为平整,刀具磨损与已加工表面粗糙度均相对较低。利用氮气油雾作为切削介质,是实现钛合金绿色高速切削加工的有效方法。     

高速铣削速度对TC4钛合金表面完整性影响机理

通过TC4钛合金的高速铣削加工实验,研究了铣削速度对钛合金已加工表面完整性的影响规律.利用专业金属切削加工有限元软件AdvantEdge,对TC4钛合金高速铣削过程进行了二雏模拟仿真.获得了在不同铣削速度下的温度场分布以及铣削速度对刀具前后刀面切削温度的影响规律.基于仿真结果,分析了TC4钛合金高速铣削速度对表面完整性的影响机理.结果表明:切削区最高温度位于刀一屑接触面上,距离刀尖0.01～0.02 mm的位置.铣削速度对切削温度影响显著.切削温度整体上随铣削速度增加而升高,但当铣削速度为301 m/min时,切削温度有所下降.     

加工钛合金大口径深盲孔的研究

钛合金属难加工材料,其深孔加工的难度更为突出,加工质量不易保证。本文通过实验对比,对加工钛合金大口径深盲孔中出现的偏孔、切屑堵塞、切削振动、刀具破损等主要问题进行了分析,提出了解决办法,得出了切削用量的优化参数。由于钛合金的化学亲和作用,深孔加工刀具的导向条表面易于粘附,结果拉伤已加工表面,造成表面粗糙度上升。加大导向条与孔壁的间隙虽可减少导向条表面的粘附,但同时会引起切削振动的加剧。针对这一矛盾,本文着重对加工刀具的导向条分布、导向条与孔壁的间隙以及导向条的选材方面进行了探讨,提出了以非金属导向条代替硬质合金导向条进行钛合金深孔精加工的方法,使得已加工表面的粗糙度大大降低。这些研究结果对实际加工具有一定的指导作用。     

TC6钛合金激光喷丸纳米组织特性及热稳定性研究(英文)

应用Nd:YAG高功率激光器对TC6钛合金试样进行了激光喷丸,对部分强化试样623K真空保温10h。应用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射电镜(EBSD)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等设备对试样强化层形貌和纳米组织进行检测,采用显微硬度计进行显微硬度测量。测试结果表明:TC6钛合金激光喷丸表面完整性好,未在表面引入微裂纹,表面粗糙度较传统表面强化低;激光喷丸后距离表面200μm范围内α相在冲击波作用下压缩伸长,α相和β相细化,保温后SEM测试显示强化层组织和强化层深度未发现明显变化;强化后衍射峰变宽,说明强化层发生剧烈塑性变形导致晶粒细化,并留有残余应变,未发现新的衍射峰说明强化过程中没有发生相变;强化后TC6钛合金表层产生纳米晶,保温后强化层位错密度降低,纳米晶晶界更加清晰,未发现纳米晶长大;激光喷丸硬度影响层达500μm,表面硬度提高12.2%,保温后表面显微硬度降低10HV0.5,硬化深度未发现变化。以上研究表明,TC6激光喷丸纳米组织和显微硬度在623K温度下具有较好的热稳定性,有利于提高钛合金的抗疲劳、抗磨损和抗应力腐蚀的性能,从而突破了美国规范AMS2546中关于钛合金只能在589K温度下应用的限制。     

钛合金EJM加工中超声辅助作用研究

本文致力于研究钛合金在应用超声辅助（UA）进行电解液喷射加工（EJM）时的表现。钛合金进行EJM加工时，工件表面易生成钝化层进而导致加工效率降低。本文分别对应用氯化钠（NaCl）电解液和硝酸钠（NaNO3）电解液的超声辅助钛合金EJM加工效果进行研究，通过分析比较常规EJM加工以及功率一定，频率分别为25,68,135kHz的三种超声辅助EJM加工所得钛合金样槽的表面氧化物百分比、深宽比、表面粗糙度和微观形貌，论证了UA在钛合金EJM加工中的具体作用，为改进钛合金EJM加工的质量与效率提供了新的思路与方法。     

钛合金车削过程切屑形成的实验研究

本文运用爆炸型快速落刀装置“冻结”切削的技术,以及切削力和显微硬度的测定,在氖气和空气中切削的对比等方法,对钛合金车削过程切屑形成的机理及其难加工的主要原因作了探讨。 文章根据实验结果对钛合金和45号钢车削过程中的几个方面进行综合分析后指出:钛合金的变形较小,加工硬化不严重,得到的是挤裂型片状切屑,其切屑形成机理与45钢带状切屑有所不同。并进一步指出产生片状切屑以及切屑形成机理不同的主要原因是钛合金强烈的化学活性。 本文认为钛合金难以加工的主要原因是它的化学活性。因此深入研究其化学作用的机理,采取适当的措施加以抑制,是有效改善钛合金切削加工性的一个重要方面。 此外,本文还就切削速度、进给量和刀具前角对钛合金车削过程中变形的影响,作了实验分析。     

TC4钛合金磁控溅射镀铝后微弧氧化膜的结构与耐磨性能研究

通过采用磁控溅射技术,在TC4钛合金表面制备铝镀层,然后对其进行微弧氧化,并与TC4钛合金微弧氧化膜的性能进行了对比,研究了TC4钛合金磁控溅射镀铝微弧氧化膜的性能。研究结果表明:TC4钛合金磁控溅射镀铝后的微弧氧化膜表面比TC4微弧氧化膜更加平整、致密,其硬度是TC4微弧氧化膜硬度的3.015倍,其结合性能和摩擦性能均优于TC4微弧氧化膜。     

钛合金蜂窝壁板隔热性能试验研究

针对钛合金蜂窝夹层结构的隔热性能进行试验研究。试验中研究了在300 ℃稳态条件下，蜂窝芯格尺寸、芯格高度和芯格壁厚等参数对隔热性能的影响规律；分析了各几何参数对隔热性能的敏感度；测试了不同温度条件下钛合金蜂窝夹层结构壁板的等效导热系数。试验结果表明：增大蜂窝芯格尺寸和芯格高度，减少芯格壁厚均有利于提高蜂窝壁板的隔热效果；不同几何参量对钛合金蜂窝夹层结构隔热效果的影响敏感程度从大到小依次为：芯体高度、芯格尺寸和芯体壁厚；钛合金蜂窝壁板的等效导热系数随温度的升高而增大，相同温度下钛合金蜂窝壁板的等效导热系数约为钛合金材料的3%~5%。     

切入式平面磨削时钛合金磨削性的实验研究——磨削力、试件表层温度分布的测定及结果分析

本文通过分析磨削时工件表层温度的变化规律以及热电偶的动态响应能力,对高泽所推荐的单丝热电偶动态测温方案的可靠性进行了论证,并在此基础上提供了有关平磨钛合金与45~#钢时的磨削力与工件表层内部温度分布的实测数据。文章在根据实测结果对钛合金与45~#钢的磨削性的几个方面定量地进行了综合分析以后指出,在实验所采用的磨削条件下,钛合金试件表面峰值温度与45~#钢相比偏高并不明显。但是两者磨削比却相差近45倍。此情况说明通常推测的磨削区高温并非TC—4难磨的根源,钛合金难磨的本质原因是它与磨料之间的激烈的化学亲和作用。因此深入研究这种化学亲和的机理,通过优选新型磨料、磨削液以及最佳磨削速度尽可能地去抑制这种化学亲和作用,应该是从根本上改善钛合金磨削性的关键。     

钛合金TC4热应力校形的数值模拟

钛合金的屈服强度和弹性模量比值高,故其成形后回弹量大,成形的零件精度低,校形是解决钛合金成形回弹的有效方法.基于商用模拟软件Ansys建立了TC4钛合金高频感应热应力校形的控制模型,利用软件中LS-DYNA求解嚣,对钛合金热应力校形的过程进行模拟,得出了钛合金高频感应热应力校形中的一些规律和合适的工艺参数,并进行了相关实验验证工作.研究结果表明:所建立的高频感应热应力校形的控制模型得到的模拟结果与实验结果的一致性较好.     

TC3钛合金板料的超塑性拉伸及吹塑成形试验

本文目的在于以实验法探讨TC3钛合金的超塑性及吹塑成形的可能性。改装了一台材料拉伸试验机,以适应超塑性拉伸的要求。实验结果证实这种钛合金原材料在900℃高温以极低的滑块速度0.5毫米/分拉伸具有688％延伸率,为普通拉伸试验所得的27倍之多。而在900℃,TC3钛合金板材在5个大气压的内部气体压力作用下能吹塑成各种复杂的形状。可以肯定地说,TC3钛合金原扳材为一相当出色的超塑性材料,只要施加低的气体压力就易于吹塑成任何整体的零件。显然,这一新工艺将为宇航结构选择上的设计构思提供更多的自由。     

碳纤维复合材料/钛合金叠层板振动辅助钻孔技术

碳纤维复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)/钛合金(Titanium alloy,Ti)叠层板材料两种材料加工性能差异极大,且钛合金导热系数和弹性模量低,极易产生高温螺旋长屑,不仅会影响自身孔表面质量,也会划伤和热损伤碳纤维复合材料层,这是该材料加工的主要难点。本文搭建了超声-低频振动钻孔试验台,在切削温度、钻孔质量和切屑形态等几个方面,对普通、旋转超声和轴向低频振动辅助等3种钻孔方式进行了对比分析,并对钛合金切屑造成的CFRP层损伤进行了机理探索。研究表明:相比普通钻孔,引入旋转超声和轴向低频振动可降低钻孔温度,提高钻孔质量。特别是轴向低频振动辅助钻孔方式,可有效打断钛合金切屑,切削温度比普通钻孔方式降低约45%,减轻了钛合金切屑对CFRP层的损伤,提高了钻孔质量。     

几种钛合金和30CrMnSi钢的强制润滑拉深研究

本文介绍了强制润滑拉深的原理,提出了计算凹模腔内液体压力和拉深力的近似计算式,并用电测法所得试验结果作了比较。在试验中得到了三种钛合金和30CrMnSi钢板料的极限拉深系数。发现:几种钛合金在机械冲床上拉深性能很差,均出现毛料凸缘脆性破坏,但在低速油压床上的强制润滑拉深却很好。而30CrMnSi钢则是所试材料中拉深性最好者。     

不同温度和应变速率下BTi6431S新型钛合金流变应力行为

通过在870～900°C温度范围内和应变速率为0.000 1～0.01/s下,对BTi6431S新型钛合金薄板进行了单向拉伸试验,研究了BTi6431S新型钛合金在高温条件下流动应力与变形温度和应变速率之间的关系,并利用改进的Hooke law和Grosman方程建立了BTi6431S钛合金的应力-应变本构模型。研究结果表明:BTi6431S钛合金在870～900°C温度下,流动应力随着温度的升高而降低,随着应变速率的增大而明显升高,在进入塑性变形区间,基本保持稳态流动。拟合得到的本构方程能够较准确地反映了BTi6431S钛合金在高温下的流动应力变化情况。     

钛合金宽弦空心风扇叶片数控切削加工关键技术

数控切削加工是最终保证钛合金宽弦空心风扇叶片制造精度的重要技术手段。分析了采用超塑成形/扩散连接技术制作的钛合金宽弦空心风扇叶片结构特征以及毛坯状态,指出了后续的数控切削加工应突破复杂曲面结构测量、加工变形控制以及切削加工误差补偿等关键技术。提出了开发集测量、分析和加工为一体的数控切削加工集成系统的研究思路,可为实现钛合金宽弦空心风扇叶片加工精度的精确控制提供指导。     

冷轧变形量对Ti-3Al-2.5V钛合金管微观结构及拉伸性能的影响

研究了冷轧变形量对Ti-3Al-2.5V钛合金管拉伸性能的影响。用光学显微镜观察不同变形量的钛合金管显微组织,并用拉伸试验机对拉伸性能进行测试。结果表明,随着变形量的增加,钛合金管长条状组织和晶体择优取向越来越明显。冷轧形变量从30%提高到70%,拉伸强度略有提高,但应变显著降低。750℃是钛管的再结晶温度,微观结构将完全恢复到平衡状态,实验测得的再结晶温度与计算值相符。研究结果对高性能Ti-3Al-2.5V钛合金管的发展和生产过程的稳定十分重要。     

分光光度法测量钛合金酸洗液中的钛离子含量

钛合金零件荧光渗透检测前需要在氢氟酸-硝酸溶液中酸洗,以去除钛合金表面的氧化物。本文建立了采用紫外-可见光分光度法测量钛合金酸洗液中钛含量的分析方法,探讨了钛合金酸洗液的前处理方法对酸洗液中钛含量检测的影响。实验结果表明,标准无氟钛溶液和常规酸洗液中的钛的吸收峰均为360 nm,但其含量与吸光度的线性关系系数差别明显,这主要与酸洗液中含氢氟酸有关。对酸洗液进行高温除氢氟酸处理,并使用双氧水与钛离子络合,可以消除氟离子的干扰,钛离子吸收峰在410 nm处,对不同的钛合金酸洗液,其回收率在97.78%~104.18%之间。该方法准确、快速,具有良好的准确度,能够满足日常生产检查需要。     

氮气介质下铣削钛合金时的刀具磨损

钛合金铣削加工中的一个突出问题是刀具寿命短，容易出现缺口，崩刃和剥落等现象，因而限制了它的进一步推广和使用。目前，为了提高刀具寿命，人们主要利用切削液来减小铣削过程中的摩擦和热量。然而，由于切削液会对环境造成污染，不符合绿色制造先进理念的要求。本通过大量的试验，对氮气介质下铣削钛合金时的刀具寿命和磨损特征进行了分析和研究，从而得出了在氮气介质下铣削钛合金比干铣 具有明显优势的理论，探讨了氮气介质下铣削钛合金时的刀具磨损机理，得出了高速钢刀具在氮气介质下铣削和干铣削钛合金时刀具寿命的泰勒公式。     

UG13环境下小型钛合金叶轮的造型方法

阐述了利用ＵＧ１３平台，对小型钛合金叶轮的造型方法。并且针对加工小型钛合金整体叶轮过程中变形和回弹的问题，提出了在造型阶段就主动控制负余量的软件补偿方法。该造型及软件补偿方法在航空某型任务小型钛合金叶轮制造中得到应用     

柔性电极电火花强化钛合金表面性能

采用旋转的柔性铜电极与钛合金表面在高频脉冲电源的作用下进行电火花表面强化,使空气中的氧等元素在放电形成的高温高压条件下与钛合金表面发生反应。结果表明:该试验条件下可以使钛合金表面硬度相对基体提高237%～399%;强化层厚度达到21～157μm;通过能谱分析(Energy dispersive spectrometer,EDS)及X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)分析表明,在钛合金表面生成了钛的氧化物等强化物质和钛与铜、锌等的合金;强化表面不存在明显的传统放电蚀除凹坑,但有明显机械刮磨涂覆痕迹,同时单脉冲放电能量被分散,使得表面粗糙度值的提高量较小且可控;在氢氟酸和硝酸混合溶液中,强化层具有较高的抗腐蚀能力,经过点面磨损测试表明,强化层表面耐磨性能相对于基体表面有显著提高。经强化,能够获得具有良好耐磨性、抗腐蚀性、表面良好的钛合金。