应用基于FEM和响应面法预成形设计提高航空锻件变形均匀性(英文)

将有限元法(FEM)和响应面法(RSM)方法相结合,提出了以提高锻件内变形均匀性为目标的预成形优化设计方法。考虑到等效应变分布对变形均匀性的影响,建立了新的表达式以评价锻件内的变形均匀性。为了减少设计变量个数,采用区域分解法确定优化设计变量。在有限元数值模拟结果的基础上,应用RSM方法建立了近似模型以描述响应(变形均匀性以及模具填充情况)与设计变量(预制坯几何参数)之间的关系。以典型的航空发动机盘为例,应用本文提出的方法得到了设计变量的最优组合。原始预制坯形状与最优形状两种情况对比结果表明,采用优化后的预制坯形状得到的锻件其变形均匀性更好。     

TC17钛合金惯性摩擦焊接头室温断裂韧性测试与分析

TC17钛合金主要用于航空发动机整体叶盘、转子和大截面锻件的制造。采用惯性摩擦焊工艺制造航空发动机压气机整体转子能够减少零件数量并有效地提高结构刚度。通过对TC17钛合金惯性摩擦焊接头断裂韧性的测试,可为钛合金惯性摩擦焊整体转子损伤容限分析提供技术和数据支持。     

电子束焊接TC4整体叶盘结构的变形控制

基于电子束焊接方法,探讨了TC4钛合金整体叶盘结构电子束焊接过程中的变形控制方法,提出了综合应用焊接工艺优化、刚性固定、真空热处理和电子束局部加热相结合的变形控制方法,有效地控制了焊接变形,实现了电子束焊接整体叶盘结构的制造.     

TC11/TC17钛合金线性摩擦焊接头组织与性能

针对航空发动机钛合金整体叶盘的典型材料TC11和TC17开展对异种钛合金线性摩擦焊的研究,其中包括飞边形貌、接头组织及拉伸性能等.研究结果表明:TC11/TC17异种钛合金线性摩擦焊沿振动方向的飞边较长;焊接接头明显分为3个区域:母材、热机械影响区和焊缝区,其中TC11母材为双态组织、TC17母材为网篮组织、热机械影响区的组织沿着受力方向被拉长,焊缝发生了动态再结晶,组织为等轴晶.拉伸测试结果表明:接头的抗拉强度及屈服强度能达到与TC11等强,拉伸试样均断在TC11母材一侧,随着测试温度提高,强度呈线性下降趋势;而断面收缩率均超过TC17母材,随着测试温度提高,变化不明显.     

应用基于FEM的预成形最优化方法提高锻件变形均匀性

锻件变形分布不均匀将导致锻件各部位的组织和性能产生很大差异。应用基于正向有限元数值模拟和最优化方法进行坯料预成形设计的新方法,可显著提高锻件各部位的变形均匀性。首先介绍了以提高锻件变形分布均匀性为目的的坯料预成形最优化方法的基本原理,并针对典型的IN718合金涡轮盘锻件进行了坯料预成形设计。给出了预成形坯料与普通圆柱坯料的对比结果,并进行了相应的试验验证。结果表明,应用这种方法对IN718合金涡轮盘锻件进行坯料预成形设计,可使盘锻件各部位变形均匀性明显改善。     

大规格损伤容限钛合金TC4-DT的研制及应用

为了满足新一代战斗机对大规格损伤容限钛合金的需求，开展了TC4-DT钛合金大规格棒材与锻坯的成分与组织控制、大型锻件热处理过程中的显微组织控制、材料与锻件的制造过程控制、零件的疲劳强化等研究。经过大型铸锭熔炼、大规格棒材和锻坯试制、大厚度锻件试制、结构设计与制造，结果表明：损伤容限钛合金TC4-DT大型铸锭的成分均匀、大型锻坯和大厚度锻件的抗拉强度变异系数降至约2%，激光冲击、喷丸和冷挤压等对该合金的寿命增益效果显著。损伤容限钛合金TC4-DT在新一代战斗机上获得了广泛应用。     

基于组织均匀性目标的TC4合金盘形件等温成形工艺优化

采用有限元数值模拟虚拟试验方法，以终锻件组织均匀性为目标，研究了TC4合金盘形件等温成形过程，为锻造工艺参数的优化提供了一条从虚拟试验—回归模型—优化设计的新思路。根据锻造工艺参数与组织均匀性之间的关系，结合建立的回归模型，采用单纯形优化算法对TC4合金盘形件等温锻造成形工艺参数进行了优化。采用优化后的工艺参数模拟了等温锻造成形过程，结果表明，锻后组织分布均匀，优化效果显著。     

钛合金的原始疲劳质量研究

紧固孔结构细节的原始疲劳质量是飞机结构耐久性设计分析中最重要的内容之一。对钛合金TC4锻件紧硎孔结构细节的原始疲劳质量进行了研究。进行了钛合金锻件的耐久性试验,给出了原始疲劳质量的描述参数,即结构细节的当量初始裂纹尺寸（EIFS）。用这种描述参数,建立了相应的当量初始裂纹尺寸判据。并用所建立的判据对钛合金紧固孔结构细节的原始疲劳质量进行了评定,结果表明钛合金紧固孔结构细节的原始疲劳质量评定结果满足飞机结构的原始疲劳质量控制要求。     

TC4钛合金锻件锻造过程数值模拟和工艺优化

利用刚(粘)塑性有限元法对某TC4钛合金锻件的锻造过程进行了数值模拟.分析了变形过程中锻件的变形情况以及应力场和损伤值的分布,进而对变形过程中出现的裂纹、折叠等锻造缺陷的成因进行了数值分析.对修改下模型腔尺寸后锻件的变形过程进行了模拟,得出了最佳工艺尺寸.     

TC4钛合金焊接接头疲劳损伤演变模型研究

对航空发动机焊接式整体叶盘结构,用损伤力学理论研究焊接接头低周疲劳损伤演化规律,以带内变量的热力学为基础,根据低周疲劳损伤特性及耦合的应变等价原理,建立了焊接低周疲劳损伤演变模型。用控制应变的疲劳试验,对航空发动机中常用的TC4钛合金焊接试件进行了疲劳损伤的测量,验证了损伤演变模型。模型中的参数具有明确的物理意义,且容易测量。研究结果对航空发动机焊接式整体叶盘寿命预测有参考价值。      

TC11合金燃烧特性初步研究

钛火严重威胁航空发动机用钛安全,开展钛合金燃烧特性研究是发动机合理用钛及采取有效防范措施的基础。通过液滴引燃试验法初步研究了TC11合金的燃烧特性,分析了燃烧的过程特征、试片温度与氧气含量(分压)对启燃的影响及燃烧表面的微观组织。结果表明:在压缩空气/氧气作用下,TA1液滴发生燃烧并将TC11合金试片引燃,燃烧过程中反应剧烈,喷射出大量火花;随着TC11合金试片温度的提高,引燃所需的临界氧气分压逐渐降低;TC11合金试片的烧损表面形成了氧化层,从表面到内部呈现出疏松区、致密区和燃烧影响区三种典型的组织区。     

整体叶盘铣削数控编程与加工技术

整体叶盘有良好的结构完整性、轻质化、装配环节少、装配精度高等优点,已被广泛应用于航空发动机中。根据整体叶盘的切削加工特征,将其简化为整体叶盘基准件,从数控编程和加工技术两方面实现整体叶盘的高质量加工。首先,利用Hyper MILL软件对整体叶盘基准件进行数控编程,优化获得理想的刀具路径,保证高效高质量的零件加工。然后,利用DMU-70V五轴加工中心对钛合金TC4整体叶盘基准件进行切削加工,在整体叶盘基准件叶片和流道几何特征的精加工时,选用不同型号的立铣刀,并监测加工过程中的切削力。最后,对加工后叶片和流道加工表面形貌进行测试分析,并结合切削力对比分析国产刀具和进口刀具对钛合金整体叶盘的切削加工性能。     

TC11合金热变形特性及变形参数对组织的影响

通过热模拟压缩试验,分析了TC11合金的高温变形特性及不同变形参数下的组织演化规律,用非线性回归方法建立了TC11合金Kumar型材料的本构关系,得出了TC11合金的高温流变曲线基本呈流变软化特征的结论;最后应用MSC,Autoforge软件对TC11合金某型号涡轮盘的等温锻造工艺进行了模拟式工艺设计,验证了TC11合金材料本构关系的工程适用性.     

等温锻造对Ti-17粉末合金显微组织的影响

采用烧结 等温锻造的方法制备Ti-17粉末合金,对粉末合金制备过程中各工序的密度、显微组织变化规律等进行了试验研究.试验结果表明:经相同条件烧结后,-140目粉末烧结棒材和-80/ 140目粉末烧结棒材分别达到理论密度的98.06%和93.55%,在-80/ 140目粉末烧结棒材显微组织中观察到有大量的残留空隙存在.采用高低温等温锻造工艺能够有效去除粉末合金烧结后残留的空隙,提高合金的密度,使合金的显微组织得到显著细化和均匀化.烧结 等温锻造是制备优质粉末钛合金的有效方法.     

TC11钛合金的最大m值超塑性变形研究

介绍最大m值超塑性变形的试验方法和计算机控制系统,分析TC11钛合金采用该方法的超塑性变形特点。试验结果表明,经过细化处理的TC11钛合金,在900℃时恒应变速率试验的最大延伸率为1260%,采用最大m值变形方式可以获得异常高的超塑性,延伸率为2300%。TC11超塑性变形以晶界滑移为主,并伴随晶内位错滑移,最大m值法超塑性变形能够使动态再结晶充分发生,是提高钛合金塑性的有效方法。     

锻造温度对TC4合金组织与性能的影响

研究锻造加热温度对TC4合金组织与性能的影响规律。表明其均采用锻后水冷加强化热处理相同条件下,TC4合金采用高温锻造(相变点以下10℃至相变点以上5℃),可以获得细密交错的网状α+β组织,或其间伴有少量等轴α相的双态组织,从而可得到高强度与高塑性的性能。本文还讨论了上述工艺使TC4合金有效强化的机理。     

摩擦时间对异质钛合金线性摩擦焊接头微观组织的影响

采用光学显微镜和扫描电镜研究TC11与TC17异质钛合金线性摩擦焊接头微观组织的特点.结果表明,在振幅为3mm、频率为40Hz、摩擦压力为66.7MPa、顶锻压力为80MPa、顶锻时间为30s的条件下,随着摩擦时间的延长,初生β相动态再结晶晶粒尺寸和α相片层宽度增加.在同一接头内部,接头表面的β相动态再结晶晶粒尺寸比接...     

激光冲击对TC11钛合金组织和力学性能的影响

对TC11钛合金进行激光冲击强化处理,通过透射电子显微镜观察不同参数下TC11钛合金的微观组织变化,用显微硬度计和X射线应力测试仪分别测试材料表层硬度和残余应力,并通过TC11钛合金标准疲劳试片高周振动疲劳试验验证激光冲击对其疲劳性能的影响.试验结果表明:激光冲击波作用后表面组织结构发生明显变化,当冲击次数增加,先后出现了高密度位错、位错胞和纳米级晶粒等微观组织特征.冲击10次后,表面残余应力最高达到-632.5MPa,相应的塑性变形层深度达到1500μm左右;同时表面硬度在冲击1次即可提高19%,硬度影响深度为700μm,随着次数增加而提高,但幅度不大.经3次冲击处理的TC11钛合金标准疲劳试片的疲劳极限由原始483MPa提高到593MPa.