高温不锈钢的磨削温度测量与烧伤现象分析

针对高温不锈钢1Cr11Ni2W2MoV磨削过程中磨削区内部瞬时温度、磨削表面平均温度的测量方法以及工件表面平均温度与烧伤程度之间的关系进行了研究,分析了工件表面烧伤程度对材料金相组织的影响.通过研究得到了陶瓷结合剂CBN砂轮磨削1Cr11Ni2W2MoV时磨削区内部瞬时温度,证明工件表面的烧伤最直接因素是磨削表面的平均温度,在不同的磨削参数下,表面平均温度超过540℃就形成黄色的微烧伤,随着温度的升高,烧伤程度不断加重.同时,表面烧伤会使马氏体晶格变成细小的退火微晶变质层,烧伤越严重,微晶变质层的厚度越大.     

金刚石滚轮修整效果与修整机理

磨削钛合金时砂轮粘附严重,砂轮修整对磨削效果的影响尤为显著.采用金刚石滚轮修整新型陶瓷氧化铝SG砂轮并进行钛合金的磨削实验,通过改变修整参数(包括轴向速度、修整深度和修整速比)对磨削力、工件表面粗糙度及表面形貌进行测量,考察不同修整参数对磨削效果的影响.研究结果表明,减小轴向速度和修整深度均使磨削力增加,同时获得较好的工件表面质量.修整速比对工件表面粗糙度的影响比较复杂.研究发现,修整速比为0.4时修整出来的砂轮磨削后工件表面质量较好.在分析实验结果的基础上,深入探讨了砂轮修整机理和工件表面形貌形成机理.实验及分析结果为金刚石滚轮修整SG砂轮磨削钛合金的修整工艺提供了依据.      

杯形陶瓷CBN砂轮修整工艺及参数优化

针对金刚石滚轮修整杯形CBN砂轮时各修整工艺参数对砂轮修整后磨削TC 4时的磨削温度、磨削力和表面粗糙度的影响进行实验研究,并对磨削温度和表面粗糙度进行了多因素回归分析.在回归分析得到的数学模型基础上,进一步对磨削温度和表面粗糙度进行双目标加权优化,得到了粗磨和精磨钛合金时砂轮的最佳修整参数,并通过磨削实验对优化结果进行了验证.     

基于正交试验法的3P3R磨削机器人灵活性优化

针对机器人磨削加工复杂曲面工件时,存在加工路径不连续、需要更换夹具而影响加工精度的问题,提出了一种3P3R磨削机器人.使用D-H法建立了机器人的运动学模型,得到了机器人的正解方程.建立了工件坐标系{W}主动、工具坐标系{T}被动模式的新型机器人系统坐标系,指出了机器人基坐标系{O}与{T}的相对位置是影响磨削机器人的灵活空间的重要因素.采用正交试验法,得到了机器人的第二关节方向的相对位置是影响灵活磨削空间最显著的因素,并且优化了磨削机接触轮相对于机器人摆放的位置,使机器人的灵活磨削空间扩大了1倍,提高了磨削机器人的灵活性.     

钛合金蜂窝结构蒙皮脱焊缺陷锁相红外热成像检测

蒙皮脱焊是钛合金蜂窝结构制造和服役过程中最常见的缺陷类型。受钛合金材料热导率低的影响,钛合金蜂窝结构中蒙皮越厚,红外热成像检测时其表面反映脱焊缺陷信息的温度差异信号就越弱,检测难度就越大。针对这一问题,研究了不同蒙皮厚度钛合金蜂窝结构锁相红外热成像检测时调制频率的选取范围。建立了钛合金蜂窝结构锁相红外热成像检测有限元模型,分析了蒙皮表面温度在调制热流作用下的变化历程,基于相关算法提取了蒙皮表面对应缺陷区和非缺陷区的相位差,分析了相位差与调制频率、蒙皮厚度的关系。利用锁相红外热成像检测系统对预制脱焊缺陷的蜂窝试件进行了实验研究,获得了缺陷区与非缺陷区信号相位差与调制频率的关系。研究结果表明,针对蒙皮厚度为0.6~2.0 mm的钛合金蜂窝结构,采用0.04~0.10 Hz的调制频率能够获得最佳检测结果。研究结果为钛合金蜂窝结构实际检测提供了工艺指导。      

单向拉伸中TB5钛合金组织转变的原位观察

通过单向拉伸下的视频显微镜原位观察,定量研究了Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(即为TB5)钛合金显微组织在拉伸过程中的演变规律.结果表明:单向拉伸时,该钛合金在弹性阶段组织变化不明显,而在塑性阶段随变形量的增加,组织中滑移带的变化可分为单滑移、多滑移和交滑移3个阶段.在单向拉伸过程中,由于滑移带从单滑移进入到多滑移,发生了几何硬化,导致晶粒变化减缓,滑移带的转动幅度变小.     

钛合金表面抗激光涂层损伤特性及热效应影响研究

实验研究了钛合金和高反射型陶瓷涂层材料抗连续型激光烧蚀的损伤及温度分布特性，并从热效应影响角度对比分析了二者在抗激光损伤效果方面的差异性。研究结果表明：相比于钛合金，高反射型陶瓷涂层材料能有效增强钛合金基底抗激光损伤的能力；在同等激光功率密度辐照下，陶瓷涂层材料能有效提升钛合金基底耐受激光辐照的时间长度。实验结果表明该陶瓷涂层材料的激光损伤阈值比钛合金高约5.8倍。实验发现陶瓷涂层温升速率高于钛合金，但由于陶瓷材料具有较高的反射特性，以及良好的热吸收和热传导特性，因此能使由激光辐照产生的热量在其表面较快地扩散，而降低向基底方向传导的程度，最终提升陶瓷涂层的抗激光损伤阈值。     

再生型壳与ZTC4熔体的界面稳定性

从研究再生型壳中几种典型金属离子对铸件表面的污染影响规律入手,通过在型壳材料中添加Al、Nb和Mn等金属元素实际浇铸ZTC4合金（Ti-6Al-4V）,探讨不同残留金属在铸造过程中对铸件表面质量、陶瓷/钛合金界面成分、组织形貌及显微硬度等的影响,揭示废弃型壳材料中铸造残留金属对钛合金新铸坯陶瓷/合金界面稳定性的影响规律。结果表明:含Al、Nb和Mn等金属残留的型壳浇铸ZTC4合金,铸件表面外观平整无明显铸造缺陷;相比无金属残留型壳,含残留金属型壳的铸件表面粗糙度明显增加;Al金属残留对型壳与熔融钛合金界面稳定性的影响较小,而Nb和Mn金属残留能明显降低型壳与熔融钛合金的界面稳定性,铸件表面粗糙度可以在一定程度上反映界面稳定性;当型壳中含有Al金属残留时,陶瓷/合金界面处析出Ti₅Si₃相。      

超高频脉冲电弧焊接熔池金属流动行为

熔池金属流动一方面受电弧行为影响,另一方面与凝固组织形核、结晶过程联系紧密,是电弧焊接基础研究的关键,针对电弧力作用研究了超高频脉冲电弧焊接(UHFP-AW,Ultra High Frequency Pulsed Arc Welding)熔池金属流动特点,采用理论研究与试验分析相结合的方式对熔池流动方式、强度、温度分布等要素进行了分析,并完成了液态金属表面运动特征监测.结果表明,超高频脉冲电弧对熔池液态金属的热、力作用显著,表面流体流速大于30cm/s,UHFP-AW电弧力造成熔池表面沉降变形,引起双环流,熔池温度扩散范围相应减小,有效降低了电弧热量对母材金属的影响,尤其在钛合金焊接中对控制焊缝晶粒尺寸具有重要意义.      

磨削表面粗糙度在线实时测量的研究

在试验研究的基础上,研制了一种新的光纤表面粗糙度在线测量系统。以光散射法为理论基础,用光纤束作为传感器,并用单片机进行数据处理和实时显示。针对外圆磨削在线检测中存在的冷却液、工件尺寸变化、环境干扰以及仪器的装夹与对中等问题进行了研究,找到了改进或解决的办法,从而更利于该测试技术的实施与推广。     

金属材料快速凝固激光加工与成形

报道近年来在先进金属材料快速凝固激光表面改性、金属间化合物高温耐磨耐蚀涂层新材料快速凝固激光熔覆制备技术、钛合金及高温合金等高性能金属零件快速凝固激光成形技术等领域的研究进展, 主要内容包括:钛合金激光表面合金化及激光熔覆表面改性、激光熔覆高温耐磨耐蚀多功能金属间化合物涂层、小面相非平衡凝固液固界面结构及生长机制、钛合金及高温合金高性能零部件激光快速成形、难熔高活性金属材料及定向生长柱状晶钛合金激光约束熔铸成形技术.      

基于激光三角法的CBN杯形砂轮表面形貌检测

分析了常见的砂轮表面形貌检测方法的局限性,阐述了激光三角法的基本原理.在此基础上,提出了激光三角法检测砂轮表面三维形貌的方法和装置,利用它可以对砂轮表面进行扫描测量,得到表面各点的三维坐标,随后通过origin软件的绘图功能和数据分析功能得到砂轮表面的三维形貌图和单个砂粒的三维尺寸.在实验中,得到了在航空发动机叶片磨抛中使用的60#杯形CBN砂轮表面0.5 mm×1.6 mm面积的三维形貌图,某单个磨粒宽度为209.1 μm,磨粒切刃突出高度为17.3 μm.该结果与用美国WYKO的白光干涉三维表面形貌仪测量结果之间的误差为1.00%左右,这说明所采用的激光三角法测量砂轮表面三维形貌是可行的.      

适用于月面高温环境的嫦娥三号地形地貌相机热设计

“嫦娥三号暠月面探测器上安装的地形地貌相机工作时直接暴露在月面高温环境下,受月表红外辐射影响很大,给热控设计带来很大难题。为解决设备工作时的高温问题,在外热流分析的基础上提出了以“最佳散热位置暠为核心的热控方案,设备处于“最佳散热位置暠时能够获得较好的初始温度和最快的降温速率;另外通过把散热面布置在月表红外辐射热流最小的位置并在除散热面以外的其他表面包覆多层隔热组件这两个措施,可以最大程度减小月表红外辐射的影响。地形地貌相机在轨开机工作前的各飞行阶段遥测数据均满足存储温度指标要求并且有较大余量;开机工作环拍一周的遥测数据满足工作温度指标要求并且与热分析结果符合较好,初始温度与遥测温度数据偏差为-1灡7曟,温升速率和降温速率偏差分别为14灡9%和16灡9%。这表明该热控方案正确可行,可为后续中国深空探测类似热控问题参考。     

钛合金超塑性成形的模具设计

本文介绍了钛合金超塑性成形模具设计中的主要技术问题,如热成形方式的选择、模具材料、结构设计、功率计算、电热元件、耐火保温和高温密封等问题。     

高强钛合金中的微动损伤与疲劳

本文对高强钛合金Ti-10V-2Fe-3Al在不同温度下的微动损伤和疲劳特性进行了研究。试验结果表明,该合金对微动损伤十分敏感,常温疲劳强度下降达50％。微动损伤的主要机制是疲劳脱层,这是由作用在材料次表层的交变切应力引起的,它将导致疲劳裂纹的萌生和早期断裂。疲劳裂纹的扩展方向可根据接触应力分析得到解释。在较高试验温度下,由于接触面形成的氧化层的保护作用,微动损伤程度减弱。     

Influence of lunar topography on simulated surface temperature

The surface temperature of the Moon is one of the essential parameters for the lunar exploration, especially to evaluate the Moon thermophysical features. The distribution of the temperature is heavily influenced by the Moon topography, which, however, is rarely studied in the state-of-art surface temperature models. Therefore, this paper takes the Moon topography into account to improve the surface temperature model, Racca model. The main parameters, such as slopes along the longitude and latitude directions, are estimated with the topography data from Chang’E-1 satellite and the Horn algorithm. Then the effective solar illumination model is then constructed with the slopes and the relative position to the subsolar point. Finally, the temperature distribution over the Moon surface is obtained with the effective illumination model and the improved Racca model. The results indicate that the distribution of the temperature is very sensitive to the fluctuation of the Moon surface. The change of the surface temperature is up to 150 K in some places compared to the result without considering the topography. In addition, the variation of the surface temperature increases with the distance from the subsolar point and the elevation, along both latitude and longitude directions. Furthermore, the simulated surface temperature coincides well with the brightness temperature in 37 GHz observed by the microwave sounder onboard Chang’E-2 satellite. The corresponded emissivity map not only eliminates the influence of the topography, but also hints the inherent properties of the lunar regolith just below the surface. Last but not the least, the distribution of the permanently shadowed regions (PSRs) in the lunar pole area is also evaluated with the simulated surface temperature result.