激光快速成形TA15钛合金切削加工性能研究

与整体锻造等钛合金传统制造技术相比,钛合金构件激光快速成形技术具有组织细小均匀、综合力学性能优异,无需锻造加工及锻造模具,材料利用率高、机械加工余量小、数控加工时间短、柔性高效等突出优点。通过近10年的攻关,我国已率先实现激光快速成形大型钛合金主承力构件的装机应用。     

钛合金大型复杂构件等温局部加载近β锻造组织控制研究进展

高性能钛合金大型复杂构件精确塑性成形是航空航天高端装备实现大运力、低能耗、长寿命的必然选择,然而,面临如何提高成形制造能力和如何实现成形成性一体化控制的挑战。等温局部加载近β锻造为该类构件的成形提供了一种先进的工艺途径。由于成形过程的特殊性、构件结构的复杂性以及钛合金组织对成形方式与条件的敏感性,使得如何实现微观组织控制并获得性能优异的三态组织成为该成形技术研究发展与应用迫切需要解决的关键问题和基础性难题。从钛合金等温局部加载多道次成形组织演化机制、不同加载区和过渡区组织均匀性控制和三态组织形成及等温局部加载参数优化进行分析并给出了最新的研究进展。     

激光增材制造高强高韧TC11钛合金力学性能及航空主承力结构应用分析

随着损伤容限设计理念发展和轻量化要求提高,高强高韧钛合金逐渐成为航空装备关键主承力构件主要结构材料。激光增材制造制备钛合金大型主承力构件具有数字化、短周期、低成本等技术优势,特别是激光增材制造过程超常固态相变动力学条件为制备高强高韧钛合金提供了新的机会。本文根据航空主承力结构选材性能要求,对激光增材制造TC11钛合金静强度、疲劳和损伤容限特性进行测试与分析,在此基础上对其在航空主承力结构的应用前景进行分析。结果表明,激光增材制造TC11钛合金力学性能具有显著的高强高韧和低屈强比特征,其疲劳缺口敏感性和裂纹扩展速率低,性能分散性小,综合性能满足航空主承力结构选材要求。与目前航空主承力结构广泛应用的TC4-DT损伤容限型钛合金相比,激光增材制造TC11高强高韧钛合金损伤容限特性相当、疲劳性能有所改善、许用应力提高23%,结构具有进一步减重优势。激光增材制造TC11钛合金优异的强韧性匹配在提高结构许用应力的同时可避免大厚度结构发生脆性断裂,其低疲劳缺口敏感性和优异的疲劳裂纹扩展特性对于结构服役安全具有重要意义。     

大型钛合金构件及其制造工艺在先进飞机上的应用

介绍了大型钛合金构件及制造工艺在先进飞机上应用的近况，并介绍了国外大型钛合金构件制造的有关工艺设备。     

钛合金锻造软包套工艺应用研究

介绍了某型发动机钛合金偏心环锻造软包套工艺的应用,通过实测数据与常规工艺数据的对比,软包套工艺减少了锻造火次,有效提高了锻造每火变形时间,增加了变形量,改善了锻件的组织、性能,解决了钛合金锻造温度范围窄及变形温度下降快问题,提高了锻件质量。     

钛合金激光焊接研究现状

随着航空工业的发展,钛合金在航空结构中有着越来越广泛的应用。焊接作为重要的连接手段,其制造接头的力学性能决定了构件的使用性能。激光焊接具有高能束焊接方法热输入小、残余应力及变形小的特点,焊接质量高,并且能在开放环境中开展工作,已成为真空电子束焊接外另一种优秀的钛合金焊接方法,是近年研究的热点。总结了近期钛合金激光焊接的一些研究工作,重点介绍了关于激光焊接钛合金组织性能调控方面的成果,并讨论了钛合金激光焊所存在的问题,具体内容包括:激光类型和扫描方式对接头质量的影响、三种典型(α型、α+β型和β型)钛合金激光焊接头组织性能特点、焊后热处理对钛合金激光焊接头组织性能调控方法。为采用激光焊接方法制造高质量钛合金接头研究工作提供参考。     

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。     

增材制造600℃高温钛合金研究进展

先进航空发动机高压压气机550～600℃环境使用的关键/重要件对600℃高温钛合金提出迫切需求。但是,难成形的复杂构件以及梯度/复合结构与功能一体化构件等的制造,采用传统铸造、锻造等工艺技术难以满足需求和研发要求。增材制造是先进制造技术的典型代表,拥有材料设计-制造一体化、复杂设计-定制一体化等独特优势,为600℃高温钛合金新材料/新技术研发提供了新的途径。目前国内外已开始关注通过增材制造的方式制备600℃高温钛合金,重点研究材料-工艺-组织-性能的关系。本文首先简要回顾600℃高温钛合金研究,其次重点介绍不同增材制造工艺下600℃高温钛合金沉积态和后处理态的微观组织特点;在综合性能研究方面,列举并分析拉伸性能、蠕变性能、热疲劳性能和抗氧化性能等关键性能;在复杂设计/复合结构章节,论述以600℃高温钛合金为基体的复合材料和梯度结构增材制造的研究进展。最后,对增材制造600℃高温钛合金材料开发、复合工艺探索、缺陷控制和性能评价标准建立等研究方向进行展望。     

镍钛记忆合金增材制造技术研究进展及其在航空领域的应用前景

镍钛合金具有特异的形状记忆效应与超弹性、高阻尼性、良好的机械性能,是制造驱动器、阻尼器等的功能结构材料.由于镍钛合金的熔炼制备与机加工性能较差,目前应用的镍钛合金构件通常外形简单且尺寸较小,限制了其在航空等领域大型结构件中的应用.金属增材制造技术为形状复杂的大型镍钛合金构建的制造开辟了新途径.综述了镍钛合金的增材制造技术的现状,并举例说明其在航空制造领域中的应用.     

激光增材制造毛坯与传统锻件铸件差异性分析

通过收集和整理国内外技术标准,对比分析了激光增材制造毛坯与传统锻造和铸造毛坯在成形工艺、显微组织、缺陷及其形成原因、内部质量以及力学性能等方面的差异。结果表明,激光增材制造较传统工艺整体制造周期短、材料利用率高;激光增材制造毛坯气孔能达到A1级别,稍低于锻造的AA级别,气孔级别能达到铸件的B级;激光增材制造钛合金纵横向屈服强度和拉伸强度分别比锻造和铸造低3.4%和0.78%。     

Ti-V-Cr系阻燃钛合金应用研究进展

阻燃钛合金是为了应对航空发动机钛火隐患而研制高温结构材料。经过近十年的发展,研发出500℃(Ti40)和550℃(TF550)两个耐温级别的Ti-V-Cr系阻燃钛合金,并且在Ti-V-Cr系阻燃钛合金工业铸锭熔炼、挤压开坯、棒材锻造及环锻件轧制等工艺技术方面取得了较大进展。通过拓展摩擦点火实验技术,建立了以P-co曲线定量表征钛合金抗点燃性能的测试方法,测试结果表明,Ti40与TF550阻燃钛合金具有接近的抗点燃性能。综合考虑原材料成本、综合性能和制造工艺等多方面的因素,Ti40和TF550阻燃钛合金各具优势。     

有限元在钛合金航空发动机叶片热加工中的应用(英文)

钛合金广泛用于制造航空发动机叶片,高温锻造是制造钛合金发动机叶片的主要热加工工艺之一。钛合金叶片高温锻造研究中,有限元模拟是分析锻造过程中的热力耦合,预测并优化锻造成形过程的一个重要手段。回顾有限元建模在涡轮叶片锻造研究中的发展历程,概述材料本构模型、传热定义和摩擦特性等方面的研究,以确保有限元模型有效预测的因素。分析表明,为获得精确可靠的有限元模拟结果进而优化生产工艺,有限元模型需要基于合理的试验结果并确立可预测的物理模型。     

TA15钛合金支臂近等温锻造工艺

TA15钛合金支臂是某机承力构件,采用近等温锻造工艺,将近等温锻造成形技术应用于TA15钛合金支臂难变形合金外形复杂锻件生产,通过控制模具温度在坯料加热温度以下某一范围内,避免锻造过程中温升并使坯料处在较高塑性区,有效降低材料流动抗力,提高锻件组织均匀性、一致性,生产出组织性能合格锻件.     

高强韧钛合金热加工技术与显微组织

高强韧钛合金作为结构材料在航空航天等领域中具有不可或缺的地位,是钛合金发展最为重要的方向之一。高强韧钛合金的主要热加工方式是锻造。锻造的目的主要是:细化晶粒和调控组织形态,以最大限度满足合金对塑性与韧性的综合性能要求。晶粒细化主要发生在开坯锻造和改锻阶段,通过控制锻造温度和变形量,影响合金组织的静态和动态再结晶过程。组织形态调控主要发生在成品锻阶段,通过控制钛合金锻造过程中的锻造温度,控制合金的相变形式而调控所需要的组织形态。本文综述了高强韧钛合金热加工方面的研究进展,从细化晶粒和调控组织形态两方面总结了热加工对显微组织结构的影响。     

航空锻造技术的应用现状及发展趋势

随着航空产业的不断发展,对航空装备极端轻质化与可靠化的追求越来越急迫,对材料和锻件的性能要求(如比强度、强韧性)也越来越高.钛合金、高温合金等材料的应用日益广泛,以航空工业为例,F-22和F-35飞机钛合金用量已分别高达39％和27％,先进航空发动机中高温合金和钛合金锻件重量占发动机总结构重量的55％～65％[1].而高温合金、钛合金属于难变形材料,即加工参数范围狭窄、变形抗力大、组织性能对加工过程十分敏感.所以锻造技术在航空制造领域的应用相比其他工业领域难度较大.     

X射线法测试钛合金结构件残余应力的适用性研究

利用四点弯曲机加载的钛合金板材试样及高应力钛合金标样模拟结构件表面测试状态,研究X射线法测试复杂钛合金构件表面残余应力的适用性。结果表明:表面曲率及β角扫描范围对测试结果影响不显著;径向测试面倾角大于20°时测试重复性急剧变差,超过30°时结果不可使用,轴向测试面测试结果随倾角增大而减小,30°时减小超过20%。     

TA15钛合金环件径轴向辗轧成形全过程组织演变模拟

钛合金环件径轴向辗轧成形制造全过程通常包含加热环坯转移、辗轧成形及轧制环件冷却3个阶段,而每个阶段都将对最终环件的微观组织产生重要影响。因此,研究阐明钛合金材料在该成形制造全过程的微观组织演变特征与规律,对控制环件最终的组织和性能至关重要。以TA15钛合金环件径轴向辗轧为研究对象,首先阐明了TA15钛合金在上述各阶段的微观组织演变机制与演变模型,进而基于ABAQUS软件平台,建立了TA15钛合金环件径轴向辗轧成形制造全过程的宏微观耦合有限元(FE)模型。通过大量模拟研究表明:加热环坯转移阶段促使初生α相的体积分数增加,晶粒尺寸略微增大;辗轧成形阶段一定程度上细化了初生α相晶粒尺寸,而对初生α相体积分数影响不明显;轧制环件冷却阶段会使初生α相体积分数明显增加,晶粒尺寸增大。     

航天材料及工艺研究所金属材料及特种工艺加工事业部

钛合金粉末冶金技术：钛合金的粉末冶金技术是一种高性能,低成本的钛合金部件制造技术,与传统铸,锻技术相比,高性能钛合金粉末冶金技术有如下优点：材料性能高,可达到不低于锻件的水平,且易于制备形状复杂的产品,成本较低,而且还可以通过粉末冶金技术实现多种功能钛基复合材料构件的制备。     

双重退火对激光增材制造Ti60A合金显微组织和力学性能的影响

对激光增材制造Ti60A高温钛合金进行"Tβ-30"(1020°C/1h/AC+700°C/2h/AC)双重退火和"Tβ-10"(1040°C/1h/AC+700°C/2h/AC)双重退火热处理,对比研究了沉积态、双重退火态的显微组织特征,包括α相体积分数(%)、α相板条宽度(μm)、α相长宽比等的差异,并测试了热处理前后的室温拉伸和高温拉伸性能,讨论了双重退火对合金显微组织及力学性能的影响机理。结果表明:"Tβ-10"双重退火态的拉伸强度较高,室温塑性最高,具有优于激光沉积态和"Tβ-30"双重退火态合金的综合性能。研究结果为优化高温钛合金的综合力学性能和提高航天器钛合金构件综合力学性能提供了参考。     

大型钛合金超塑成形/扩散连接整体壁板制造技术

钛合金超塑成形/扩散焊接技术,从替代分离式的铆接零件,发展到组合的整体部件,完全体现了钛合金超塑成形/扩散焊接技术于传统制造工艺相比的优点,结构质量轻、整体性好、成形质量高、制造周期短等。超塑成形/扩散连接技术应用于研制飞机、发动机构件,可获得减重10%～50%,降低成本30%～60%的显著技术、经济效益,同时提高设计自由度及构件的整体性能,可替代现有钛合金壁板焊接、铆接、螺接生产工艺。但对大型钛合金超塑成形/扩散焊接整体零件研制,在国内还是首次,如果采用超塑成形/扩散焊接工艺,一次整体成形大型超塑成形壁板,效果将更为显著。采用超塑性好的双相钛合金材料,可使成形的壁板使用性能有较大提高,主要是因为双相合金刚强度比值更高,各种工艺因素对其性能影响较小,氢脆倾向低、耐疲劳、可取消真空稳定热处理工艺,是制造工艺环节中,工艺路线最短的工艺方案。