TC-4钛合金气瓶材料J_(IC)测试的实验研究

本文通过单试样测试J_(IC)和阻力曲线测试J_(IC)的实验,给出了TC-4钛合金气瓶材料的断裂韧性值,分析比较了几种测试方法的结果,并对测试中的一些问题进行了探讨,提出了几点看法和建议。     

4种典型航空钛合金材料高温裂纹扩展性能对比试验

试验测定了4种典型航空钛合金材料（即TC18、TC21、TC4 DT、Ti 6Al 4V/ELI）在两种温度（25℃和250℃）下裂纹扩展性能,在试验数据的基础上,进行裂纹扩展性能对比分析,并对试样断口进行扫描电镜(SEM)分析,研究了高温和载荷联合作用对裂纹扩展的影响机理,结果表明:不同温度下，不同钛合金材料裂纹扩展速率之间存在很大的差异性；与室温断口相比,高温断口表面呈现浅黄色,并伴有大量二次裂纹；钛合金的裂纹扩展性能是受温度和载荷的联合作用影响,裂纹闭合和氧化作用共同决定了其扩展历程。      

钛合金结构损伤容限设计可行性研究

对飞机结构常用金属材料损伤容限特性进行了对比分析,针对TC4和TA15损伤容限特性较差的缺点,研制出两种超低间隙（ELI）钛合金TC4ELI和TA15ELI,并对其进行结构损伤容限设计可行性论证。进行了两种超低间隙钛合金和普通钛合金裂纹扩展寿命、剩余强度和疲劳全寿命对比实验。实验结果表明：具有片层组织的超低间隙钛合金相对于普通成分钛合金断裂韧性和裂纹扩展特性有明显改善,剩余强度和疲劳全寿命相当;应力水平相当时,超低间隙钛合金工程可检裂纹扩展寿命比航空结构中常用铝合金稍长。因此,对于超低间隙钛合金TC4ELI和TA15ELI可以进行损伤容限设计。     

TC4钛合金胶接前表面制备工艺研究

本文介绍了国外对钛合金胶接前表面制备方法的研究;制定了TC4钛合金胶接前表面制备工艺;讨论了酸洗和化学氧化溶液中各组分的作用,并对氧化溶液各组分含量和工艺条件等因素对TC4钛合金胶接性能的影响进行了初步分析。     

TG4钛合金的β锻造与(α+β)锻造的比较

本文介绍39.2MN液压螺旋压力机模锻TC4钛合金气瓶模锻件不同成形工艺,并对β锻造和(α+β)两相锻造进行了比较。结果表明,两种不同加热锻造状态的模锻件机械性能接近,均能满足设计要求。而断裂韧性值K_(1c),β锻造的高于(α+β)锻造的,所需的锻造能力比(α+β)锻造的小25%,锻件精度比(α+β)锻造的高,锻件淬火变形比(α+β)锻造的小,锻件厚度比(α+β)锻造的薄2mm,既节省材料又减少机加工时。     

磁研磨法对钛合金弯管内表面的抛光研究

航空发动机中所使用的钛合金弯管在加工时其内表面会产生微裂纹、褶皱等缺陷,用传统的研磨工艺难以实现对弯管内表面的抛光处理,而磁力研磨加工工艺却可以很好地解决这一难题。利用磁力线可以穿透钛合金弯管的特性,磁性磨料可以在外加磁场的作用下压附在弯管内表面,并随磁场高速旋转与弯管内表面产生相对运动,从而达到研磨钛合金弯管内表面的目的。本文对磁研磨法加工钛合金弯管内表面的研磨原理及磁性研磨颗粒的受力情况进行了的分析,并通过详细的试验研究得出:钛合金弯管内表面经过研磨后,原有的微裂纹、褶皱等缺陷得到明显改善,表面粗糙度值由R_a0.35μm降低到R_a0.12μm,验证了磁研磨法对钛合金弯管内表面的研磨抛光起到的良好效果。     

飞机钛合金结构激光焊接修复工艺

基于IPG的4kW光纤激光器,研究了拼接间隙和等效焊接线能量等工艺参数对TC4合金激光焊接接头强度的影响,发现在最佳工艺参数下,接头强度可达母材强度的99.5%,可以满足飞机钛合金结构损伤的修复要求。     

涡轮盘小孔损伤容限寿命预估

本利用二维有限元素法和裂纹表面位移法相结合，求解某型机涡轮盘小孔边缘裂纹的K1值，并根据材料的断裂韧性值及裂纹扩展速率，对孔边裂纹的扩展规律及疲劳寿命进行预测。     

超声磨料对TC4钛合金电火花加工表面质量的影响

为改善TC4钛合金电火花加工表面质量,减少表面微裂纹、重熔层等表面缺陷,提出了基于电极振动的超声磨料电火花复合加工方法。在煤油工作液中混入12g/L的SiC磨料粉,进行了有无超声磨料作用的窄脉冲(脉宽小于1μs)电火花加工的表面粗糙度对比实验研究。实验结果表明:SiC磨料的超声振动作用使零件表面粗糙度Ra由0.5μm降到0.2μm左右;重熔层厚度、表面裂纹的扫描电子显微镜(SEM)照片显示,超声磨料作用使重熔层厚度减薄20～30μm,表面微裂纹得到有效控制;机理分析认为工作液高频振动及磨料对工件的冲击作用,是改善TC4钛合金电火花加工表面质量的主要原因。研究表明磨料的超声振动作用可显著改善TC4钛合金电火花加工的表面质量。     

TC4钛合金扩散焊接头的力学性能

在温度为910℃，压力为3.4MPa条件下对TC4钛合金板材进行了扩散焊接，对获得的扩散焊接头取样进行金相观察，仅在接近接头表面材料深度为1mm范围内发现未焊合缺陷，其余部分焊合较好，表明在给定工艺下可获得质量良好的焊接头.随后对TC4扩散焊接头的力学性能进行了试验研究，分别开展了静拉伸试验、断裂韧性试验及焊缝附近区域的纳米压痕试验.试验结果表明，所制得的TC4扩散焊接头屈服强度为887MPa，抗拉强度为948MPa，断裂韧性为101.9MPa·m1/2，均与原材料的性能相差不大.纳米压痕试验的结果显示，接头焊缝区和母材区的显微弹性模量分别为180.2GPa和178.0GPa.      

TC4-DT钛合金磨削表面特性及其摩擦磨损性能

钛合金是一种典型难磨削加工材料,磨削表面易出现烧伤、裂纹等热损伤。本文开展了TC4-DT钛合金磨削实验,通过扫描电镜（SEM）、能谱（EDS）、X射线衍射（XRD）、显微硬度仪、金相显微镜及球-盘摩擦磨损实验仪研究了其表面特性及摩擦磨损性能。结果表明：低速磨削表面质量好,摩擦磨损性能较基体略提高;当砂轮线速度为80 m/s时,磨削表面质量良好,摩擦系数为0.38,较基体降低40%;而砂轮线速度为100 m/s时,磨削表面出现严重烧伤、网状裂纹。因此选择合理的高速磨削工艺可避免烧伤、裂纹等热损伤缺陷,并可有效改善表面摩擦磨损性能;磨削表面干摩擦磨损机制为磨粒磨损、粘着磨损和剥层磨损。     

钛合金加工表面完整性的研究现状与展望

钛合金作为航空发动机等高端装备零部件的关键材料,具有良好的高比强度、优异的抗腐蚀性与超强的断裂韧性与疲劳性能.作为典型的航空难加工材料,钛合金在制造过程中引起的表面完整性对其服役性能与可靠性有着至关重要的影响.为此,从切削加工、磨削加工、复合加工与特种加工4个工艺角度对钛合金制造过程中表面完整性的研究现状进行详细阐述....     

TC18钛合金疲劳断裂过程声发射信号特征分析

声发射技术通过实时监测结构服役过程中发出的声发射信号,判断结构是否出现损伤,是一种重要的在线监测损伤的技术。为了明确TC18钛合金在疲劳试验中产生微裂纹、裂纹扩展及断裂等过程中声发射信号的特性,设计TC18钛合金试验件,进行其疲劳试验并全程采集声发射信号;采用参数分析方法,得到声发射信号在时域、频域方面的参数特征。结果表明:在裂纹萌生及扩展阶段,声发射信号幅值为40~65dB,低于相同条件下铝合金的信号幅值;在200~280kHz频段上,裂纹萌生阶段与后续过程的能量分布存在较大差异。结合上述研究结果,给出TC18钛合金试验件声发射监测的参考原则。     

基于响应表面法的钛合金零件磨抛加工工艺参数优化

钛合金的化学活性高、热导率低、弹性模量小,是一种典型的难加工材料。随着工业技术的发展,现代工业对钛合金的表面质量提出了更高的要求,因此,对于钛合金磨抛加工这种能够获取高表面质量的加工方法的研究显得非常重要。采用Box-Behnken试验设计方法,进行了工艺参数对表面粗糙度的影响试验,然后基于响应表面法,建立了钛合金磨抛加工表面粗糙度二阶预测模型,并对工艺参数进行了优化。     

超声冲击强化工艺对钛合金表面质量及磨损性能影响研究

钛合金较差的耐磨性严重限制了其在航空航天领域的应用。为了研究Ti-6Al-4V(TC4)钛合金在超声冲击强化后耐磨性提高的机理,通过Ti-6Al-4V(TC4)钛合金超声冲击强化试验,探究超声冲击处理的工艺参数（刀具直径、气浮台压力、冲击道次、刀头形状、进给步距）对钛合金表面质量及性能的影响规律及敏感性,发现当采用球头刀具、气浮台压力为0.45MPa、进给步距为0.3mm时,超声冲击强化对钛合金耐磨性的提高最明显。通过对摩擦学试验中摩擦系数、球磨斑直径、盘磨损率、表面形貌图等试验结果的研究分析发现,经过超声冲击强化处理后钛合金材料的耐磨性能提高是压应力抑制裂纹机制、表面硬化强化机制和沟壑储油机制共同作用的结果,验证了超声冲击处理对钛合金耐磨性的实际强化效果。     

激光选区熔化成形TC4钛合金激光焊接头组织与力学性能

对3mm厚激光选区熔化成形(SLM)TC4钛合金对接接头进行了激光焊接工艺试验,研究了80J/mm和100J/mm两种能量输入对接头焊缝成形、微观组织及接头力学性能的影响.结果表明,在两种不同焊接能量输入条件下,激光焊接SLM成形TC4钛合金获得良好的焊缝成形,焊缝区的平均显微硬度分别为388.7HV及403.3HV,...     

选区激光熔化TC4小裂纹扩展特性数值模拟

发展了一种考虑微观组织的选区激光熔化（SLM）钛合金TC4小裂纹扩展数值模拟方法。基于SLM TC4的微观组织观测结果,利用Voronoi算法并通过晶体取向筛选,实现了微观组织建模。在此基础上,采用扩展有限元法建立了SLM TC4材料小裂纹扩展行为模拟方法,探究沉积方向以及晶粒尺寸、晶体取向等微观组织对小裂纹扩展速率的影响规律。结果表明:沉积方向影响材料的裂纹扩展抗力,沉积方向与裂纹扩展方向平行时,材料抵抗疲劳小裂纹扩展的性能相对更好。晶粒尺寸影响小裂纹扩展速率,晶粒尺寸越大,小裂纹扩展速率越快。晶体取向影响速率的波动性,不同晶体取向材料的小裂纹扩展速率上下界有明显差异。      

钛合金TC4的超硬磨料柔性抛光轮数控抛光试验研究

航空发动机叶片钛合金材料在数控磨抛加工中容易发生烧伤及黏附现象,针对常用的TC4材料开展了超硬磨料柔性抛光轮数控抛光试验研究。分析了超硬磨料柔性抛光轮抛光参数中转速、进给速度、预压量及行距对抛光去除深度及抛光后试件表面粗糙度的影响规律并通过正交试验分析了各抛光参数影响的主次关系。确认了钛合金试件抛光表面黏附物质成分,并同时分析了表面黏附物的形成原理。给出了TC4钛合金材料在超硬磨料柔性抛光轮数控抛光过程中工艺参数的选择策略,为TC4材料的航空发动机叶片和整体叶盘在超硬磨料柔性抛光轮数控抛光过程中提供理论依据和技术基础。     

两种模具材料对热等静压TC4 显微组织的影响

研究了A3钢和GH1131高温合金两种材料作为模具对TC4钛合金HIP组织的影响。结果表明在HIP过程中,A3钢模具对有效应力传递的阻碍作用较大,设计HIP用A3钢模具时应避免深型腔结构,GH1131模具对有效应力传递的影响较小。受元素互扩散的影响,两种模具材料在HIP过程中均污染了TC4材料表面,A3钢模具对合金的影响层较薄,但使材料形成了波浪形的粗糙表面;GH1131对成形材料的影响层厚度>100μm。为了获得高精度的无污染表面,TC4合金HIP净成形时两种模具均需要进行表面处理,形成与TC4兼容的保护层。     

TC21钛合金的微观组织对力学性能的影响

研究了两相钛合金TC21关于两种不同微观组织(片状组织和网篮组织)的拉伸性能、断裂韧性和疲劳裂纹扩展性能.结果显示:片状组织相比网篮组织有相近的拉伸强度,但塑性较差;两者的韧性相差不大,但增韧机理不同;网篮组织在中低速扩展区的扩展速率和片状组织几乎相同,但在较高速扩展区显示略低的扩展速率;加载方向对两种组织的疲劳裂纹扩展速率基本无影响;和其他钛合金类似,TC21在Paris区存在转折.