轻质高性能镁合金开发及其在航天航空领域的应用

镁合金是实际应用中最轻的金属结构材料,在航天航空、轨道交通、汽车、3C(computer,communication,consumer electronics)产品等领域具有广阔的应用前景。但镁合金材料强度偏低,尤其是高温强度,其抗蠕变性较差；镁合金铸件容易形成缩松和热裂纹,成品率低,镁合金变形件塑性加工条件控制困难,导致组织与力学性能不稳定。介绍了高性能镁合金材料(非稀土镁合金、含稀土镁合金、镁锂合金)及其成形技术(重力铸造、低压铸造、压铸、挤压铸造、半固态成形、塑性成形)的开发现状,综述了其在航天航空领域的应用状况,并展望了今后的发展趋势。     

航空航天用镁合金的研究进展

基于航空航天结构轻量化发展的需求,对高性能镁合金的研究进展进行了回顾,重点介绍了AZ系、ZK系、Mg-RE系和Mg-Li系合金在航空航天领域的研究进展与应用现状。综述了先进镁合金研发的技术与应用瓶颈,以及目前最常用的合金化和热处理等合金性能改进方法,介绍了镁合金研究在未来航空航天领域的发展趋势。     

Ce元素含量和铸造方法对AZ91-2Ca合金微观组织与力学性能的影响

在AZ91-2Ca合金中分别添加0.5%,1.0%和1.5%的Ce元素,采用重力铸造制备合金并结合组织性能分析,优化出最佳Ce含量。对最佳成分合金进行不同浇铸温度的压力铸造,对比研究Ce含量和铸造方法对AZ91-2Ca合金微观组织和力学性能的影响。研究表明:在重力铸造条件下,随Ce含量提高,合金组织明显细化,强化相Al_4Ce含量逐渐增加,进而改善了力学性能。当Ce含量为1.5%时,强度和延伸率均达到最大值。在压力铸造条件下,随浇铸温度由640℃提高到700℃,压铸AZ91-2Ca-1.5Ce合金微观组织不断细化,Al_4Ce相分布均匀,700℃压铸合金综合性能最高,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为191 MPa,157 MPa和1.7%。相比于重力铸造,压力铸造可进一步提高该合金的强度,从而为解决高Ca阻燃镁合金阻燃效果和力学性能之间的矛盾提供了新思路,促进了该合金在航空航天和汽车领域的应用。     

退火工艺对交叉轧制MB1镁合金组织及性能的影响

为解决镁合金塑性加工变形能力较差的问题,利用显微组织观察和力学性能测试方法,研究退火工艺对交叉轧制MB1合金组织和性能的影响。结果表明:晶粒一般随退火温度的升高和退火时间的延长,先细化后长大,且组织中的孪晶会消失;退火后,MB1合金抗拉强度下降,伸长率明显提高;在退火温度为330℃且退火时间为30 min的条件下性能最佳,此时合金抗拉强度为205 MPa,伸长率为24.1%。     

三种工业镁合金超塑性的研究

本文对工业镁合金MB3、MB8、MB21在较大晶粒条件下呈现超塑性的可能性进行了研究。测定了最佳超塑性规范及应交速率敏感性指数m值等。结果表明,三种工业镁合金晶粒平均直径在20微米左右,卡头速度为O.5毫米/分,温度为375℃(MB3)、400℃(MB8)、350℃(MB21)的条件下,具有一般超塑性合金的力学特性,并且发现,MB8合金在400℃时以0.5毫米/分和2毫米/分的卡头速度拉伸时出现两个延伸率峰值,MB3合金在较大均匀变形后发生脆性断裂。     

科技动态

日本开发出高强度镁合金材料日本东北大学近日发表研究报告称他们开发成功具有极高强度和延展性的镁合金，可为航空航天、通讯和机械等工业提供优质材料。新的镁合金是采用急速凝固法制成的，具有100～200纳米的微细结构。其中镁占97％，钇和锌分别占2％和1％。这种新型镁合金强度大约是超级铝合金的3倍，据称是目前世界上强度最高的镁合金。此外它还具有超塑性、高耐热性和高耐腐蚀性。由于这种合金重量轻、容易循环利用，因此有望成为金属材料中的“王牌”。 李宝蓉MB-XX火箭发动机日本三菱重工业公司宣布，该公司将与美国的波音Rocketd…     

先进镁合金材料及其在航空航天领域中的应用

文章介绍了上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心在先进镁合金材料与成型工艺的研究进展,重点介绍了JDM1和JDM2两种镁合金新材料的显微组织与强化机制,详细介绍了涂层转移精密铸造技术、大型铸件低压铸造技术、大型锻件成型技术和表面超声波阳极氧化技术等4种镁合金成型新工艺,最后介绍了JDM1和JDM2合金及成型新工艺在我国航空航天领域中的应用。     

高强耐热稀土镁合金研究进展

梳理了高强耐热镁合金的研究历程及现状。Mg-Gd(Y)-Ag和Mg-Gd(Y)-Zn系合金是目前强度最高的镁合金体系,铸造Mg-9.8Gd-2.7Y-2.0Ag-0.4Zr合金最优常温力学性能如下:抗拉强度(UTS),410 MPa;屈服强度(YS),300 MPa;延伸率(EL),2.3%。高强耐热稀土镁合金的大尺寸构件铸造工艺性亟需重点研究。总结了"固溶强化增塑"的合金设计、"高、低稀土镁合金"强韧性的设计与开发、"低稀土总量、多元合金"耦合强化设计、集成计算材料工程(ICME)等理念,对新型高强耐热铸造镁稀土合金的开发具有指导意义。     

Mg-Sc-Y三元合金的微观组织和力学性能

稀土元素作为重要的镁合金强化相元素,其多元添加产生的影响并未得到充分研究。在Mg-Sc二元系的基础上将Y作为第三元加入,制备了Mg-5Sc二元合金及Mg-5Sc-0.5Y,Mg-5Sc-1Y,Mg-5Sc-2Y,Mg-5Sc-3Y,Mg-5Sc-3.5Y(质量分数,%)5种三元合金,并通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)及室温拉伸等试验,研究了Y元素的加入对Mg-Sc二元合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:Y元素在合金中的主要存在形式为固溶态,富集于晶界处。随着Y元素含量的提升,合金晶粒度显著减小,屈服强度和硬度大幅提升,Mg-5Sc-3.5Y的屈服强度相比Mg-5Sc提升了约50%。该强度的提升主要是由细晶强化和固溶强化引起的。     

SLM成形Inconel 718合金的组织性能调控研究

针对Inconel 718合金零部件传统制造技术中存在的制造极限问题,基于材料合金显微组织与力学性能之间的相关性等内容,开展激光选区熔化(SLM)成形Inconel 718合金性能的研究,建立了适用于SLM成形Inconel718合金的热处理制度,提高了该合金的室温与高温力学性能。考虑到SLM成形Inconel 718合金组织内部晶粒极其细小、内应力积累较大,传统的热处理制度不再适合新技术成形的零部件,根据基体中二次相的析出温度区间,对该合金的传统后热处理制度进行改进。力学性能测试结果证明:项目组提出的均匀化热处理+固溶处理+双时效的热处理制度能有效改善SLM成形Inconel 718合金的显微组织和综合力学性能,并满足锻件的使用要求。     

电缆屏蔽金属网屏蔽效能的工程计算

金属网由于柔韧性好、使用方便等优势而在电缆屏蔽工程上得到广泛应用。本文对电缆用的金属网屏蔽效能进行工程计算,通过计算,对金属网不同材料、不同规格、单层与双层屏蔽及有缝隙情况下的屏蔽效能进行比较与分析,对工程应用有一定的指导意义。     

多自由度微振动环境时域波形复现的数值仿真

为满足航天器微振动环境模拟的需要,开展了多自由度微振动时域波形复现控制方法研究。首先,介绍了基于时域波形复现的多自由度微振动环境模拟控制理论方法。其次,针对六自由度微振动激励系统,应用MATLAB软件建立了基于实测传递函数矩阵的多输入多输出微振动激励仿真系统,针对微振动时域波形复现闭环控制过程进行了算法编程,并给出了仿真的闭环控制流程图。最后,通过算例对多自由度微振动时域波形复现进行了数值仿真,以给定的白噪声为输入,模拟对实际存在的系统非线性、测量误差等影响因素的控制效果。仿真结果验证了多自由度微振动时域波形复现控制方法的可行性及有效性,所得结论可以为研究多自由度微振动时域波形复现控制系统提供参考。     

降落伞特性对伞舱系统运动稳定性的影响

建立了伞舱系统刚性连接和弹性连接时的数学模型,针对联盟号飞船回收系统进行了动力学仿真。分析了降落伞侧向力系数、吊带长度、降落伞和载荷质量比以及吊带性质对伞舱系统运动稳定性的影响,其结论可为伞舱回收系统的设计提供参考。     

MBD技术在航天器研制中的应用探讨

概述了基于模型的定义(Model-based Definition,MBD)技术的研究和发展,分析了以MBD为载体的特征演化过程,作为航天器设计-制造一体化协同实现的基础。从MBD在航天器研制中的应用需求出发,构建了MBD协同平台框架,探讨了MBD模型成熟度管理的协同设计方法,提出了应用MBD研制模式所面临的技术、管理等问题,并给出了相应的建议。     

采用经纬仪测量航天相机视轴的方法分析

在卫星地面总装时,需要测量航天相机视轴之间以及相机视轴与其他敏感仪器或整星坐标系坐标轴之间的角度关系。文章以某线阵CCD相机的安装测量为例,介绍了使用经纬仪系统确定航天相机视轴的方法以及相机与相机之间、相机与整星坐标系坐标轴之间角度关系的测量。分析中对相机的光学系统进行了简化,重点介绍了测量方法的数学模型,并通过误差传递公式分析了测量精度,最后针对该测量方法的不足提出了改进措施。     

航天器外伸结构的非线性特性

针对一类板式航天器外伸结构非线性振动的特点 ,建立了合理的结构模型———悬臂板 ,并且运用双边解析法研究和分析了悬臂板非线性振动的动力学特性。该方法的关键在于两个包含三角函数和多项式组成的梁函数 ,其中一个梁函数满足一边自由、一边固定的边界条件 ,另一个梁函数满足两边自由的边界条件。然后利用分离变量法推导出了悬臂板非线性振动的动力学基本方程 ,并给出了非线性振动的幅频关系。实践证明 ,这种方法对分析航天器大型外伸结构的非线性振动特性具有重要的现实意义。     

导弹折叠翼展开机构运动功能可靠性分析

通过建立等效动力模型得出导弹弹翼展开机构的运动规律，进而对弹翼展开机构进行动态静力分析。针对某型飞航导弹的折叠弹翼展开过程，对机构运动功能可靠性进行了较为全面的探讨和研究。该方法可用于 飞行器分离机构，展开机构和折叠机构等的可靠性分析。     

火箭推进剂液体晃动关机响应的数值仿真

本文采用VOF方法对火箭发动机关机阶段所引起的液体晃动进行了数值仿真，以氧化剂贮箱为例，得到了贮箱无阻尼环和带阻尼环时的晃动仿真图和液体质心变化曲线，检验了VOF方法处理碎波的能力。     

目标光学伪装效果评价方法分析

对现有伪装效果评价方法进行了简要分析,旨在形成更加科学合理的伪装效果评价方法。认为伪装效果主要表现在两个方面,一是目标本身暴露特征的降低或消除;二是目标与背景的融合程度。因此伪装效果评价也应从这两个方面进行分析。另外目标是否被发现,除了目标特征与背景特征是否一致等客观因素,还与观察判别人员的知识、经验以及分析判别能力等主观因素有关。     

塑封微电路老炼研究综述

文章介绍了塑封微电路在高可靠性领域的应用,塑封微电路可靠性研究的现状,以及塑封微电路老炼研究在塑封微电路可靠性研究中的地位。具体分析了商用塑封器件老炼当前所面临的主要问题,其中重点介绍了随着器件集成度和工艺水平的提高,元器件漏电流的增加和元器件参数差异增大是老炼研究中不可忽略的因素。针对上述问题,指出了塑封微电路老炼过程热稳定研究的迫切性,尤其对我国高可靠应用领域,并介绍了国内外相关研究现状和我国在这一领域的差距。