钛合金TB6铣削加工硬化实验

研究了使用涂层硬质合金刀具对钛合金TB6进行端铣加工时,铣削参数以及刀具后刀面磨损量对加工硬化（表面硬化率、硬化层深度以及硬化层硬度分布）的影响,以弄清TB6铣削硬化现象及机理.结果表明,在实验参数范围内,刀具无磨损的情况下,硬化率基本保持在107%~112%范围内,硬化层深度范围为18~36 μm;铣削速度增加时,加工硬化程度会有较为明显的降低现象,而进给量与切深对加工硬化的影响并不明显;刀具磨损对加工硬化的影响较为显著,后刀面磨损量低于0.2 mm时,硬化层深度随着磨损增加从30 μm增加至55 μm,而后刀面磨损量为0.35 mm时,硬化层深度达到了130 μm.刀具磨损后在加工表面下较浅位置出现软化区域,而且随着磨损量的增加,软化越来越明显.      

A100钢表面粗糙度与HVOF碳化钨涂层结合强度

采用超音速火焰喷涂方法在AerMet100钢(A100钢)基体上制备了WC10Co4Cr涂层,研究了不同喷砂条件对AerMet100钢表面粗糙度变化及对涂层与基体结合强度的影响.之后将涂层使用化学方法退除,观察涂层制备对AerMet100钢基体表面状态的影响,分析了粗糙度与涂层结合强度之间的关系.结果表明:AerMet100钢基体不同吹砂工艺产生的表面粗糙度 S_a=0.994~4.983 μm时,超音速火焰喷涂WC10Co4Cr涂层的结合强度均不低于72 MPa.喷涂涂层过程对基体表面状态没有较大影响:基体粗糙度 S_a<2 μm时,喷涂后,基体表面的粗糙度略有降低;基体粗糙度 S_a>3 μm时,喷涂后,基体粗糙度略有升高.超音速火焰喷涂的碳化钨钴涂层与AerMet100钢基体的结合同时存在物理与机械力结合,以前者为主要结合力.     

热铁盘法高速抛光CVD金刚石

利用高速热铁盘抛光设备对化学气相沉积(CVD,Chemical Vapor Deposition)金刚石进行抛光,分别进行温度、转速、压力以及抛光时间的实验.采用光学天平对抛光前后金刚石称重对比,采用工具显微镜和原子力显微镜对抛光后表面进行研究.结果表明:较高的抛光速度对提高表面质量以及抛光效率均比较有利.在抛光温度850 ℃,速度164 mm/s,压力24.892 N的条件下,抛光120 min后,金刚石表面的粗糙度由原来的R_a=9.67 μm下降到R_a=0.016 μm.原子力显微镜显示,抛光表面存在少数高度在60~70 nm之间的突峰,其高度是普通峰高的2~3倍,且峰的形状呈现出一定的方向性.这种表面微观规律与抛光时采用的直压式运动方式有关.      

混合球磨对YAl_2颗粒形貌及表面改性的影响

采用扫描电镜、能谱分析、透射电镜等分析方法研究了球磨对YAl₂及YAl₂/Mg颗粒的组织形貌、YAl₂颗粒在YAl₂/Mg颗粒中的分散性及YAl₂/Mg界面结合状况的影响.结果表明:YAl₂颗粒经球磨20 h后,其平均粒径约为1.5 μm,颗粒边缘尖角数量明显减少,呈圆滑的近球形.加入Mg颗粒进行混合球磨20 h后,YAl₂颗粒在混合颗粒中呈弥散分布,且表面包裹一层单质Mg,YAl₂/Mg的界面为直接结合型,未发现有界面反应.     

高强度弹性合金的微孔铣削实验研究

使用超高精度加工中心进行了多组铣削3J33B高强度弹性合金微孔的铣削实验，使用Kistler 9119AA2型高精度测力仪测量铣削力，使用Keyence 3D激光显微镜测量已加工孔的尺寸，使用扫描电子显微镜（SEM）和能谱仪（EDS）测量刀具磨损。实验结果表明，在不同的切削速度条件下，主铣削力的Y方向分力（Y方向力）总是大于X方向分力（X方向力）。在铣削微孔过程中，使用高切削速度进行微细铣削成孔时，已加工孔的孔口直径尺寸误差会增大，严重影响尺寸精度。刀具磨损最严重的区域在刀尖处，并且发生磨损的区域基本集中在整个切削刃的钝圆和接近钝圆的后刀面处。当在低速切削时，磨粒磨损是刀具的主要磨损形式，然而，随着切削速度的提高，氧化磨损所占比例逐渐增大。已加工表面的弹性回复加剧了后刀面磨损，并影响切削稳定性。      

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.      

加工表面形貌的在线检测及其应用

介绍了一种基于光针法的表面形貌测量装置,它能在线测量加工工件圆周方向的波纹度和轴向表面轮廓形貌,其垂直分辨率为0.02～0.10μm,横向分辨率为30～50μm。切削试验表明,该装置能够在线识别刀具上的积屑瘤、切削过程中的颤振和刀具磨损对加工表面形貌的影响。     

高强钢铣削中微量润滑技术效果的试验分析

为了验证微量润滑技术对刀具磨损及工件表面粗糙度的影响,研制出一套微量润滑系统,利用压缩气体流经的截面变小所产生的压强差来吸取箱体中的液体,并传输到喷嘴进行雾化.将其应用在高强度钢铣削加工中.试验结果表明:相对于干切削和传统浇注冷却,微量润滑技术具有明显的优势,它可有效地减小刀具磨损,并将工件表面粗糙度控制在较低的水平,尤其在高转速、大切深、快进给加工中,同时其还具有结构简单、冷却液用量小、对环境污染小等优点.对试验结果进行了初步分析.     

用CBN刀具高速切削灰铸铁的试验研究

研究了CBN刀具高速切削灰铸铁时的刀具前、后刀面磨损、耐用度以及富氧气氛对切削性能的影响,所用的灰铸铁具有不同的铁素体、珠光体比例,最高切削速度达1＇100 m/min.研究表明Amborite刀具的刀尖磨损略大于BZN6000刀具,在较低速度下加工以铁素体为主的灰铸铁时更容易发生月牙洼磨损;BZN6000刀具以700 m/min的切削速度加工铁素体含量较高的灰铸铁时耐用度较高,Amborite刀具的耐用度随切削速度而升高;在富氧气氛中切削可以减轻刀具磨损,这一效果对BZN6000刀具更为显著.文章中对这些现象的原因进行了讨论.     

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。      

粗糙度对涡轮叶片流动转捩及传热特性的影响

为研究表面粗糙度对涡轮叶片流动转捩以及传热特性的影响,在自行开发的CFD程序平台上提出了对γ-Re_θ转捩模型的粗糙度修正方法,并参考平板绕流和涡轮叶栅的实验数据对该方法进行验证。考虑粗糙度效应的影响,对Mark Ⅱ涡轮导叶5411工况进行数值模拟,得到如下结论:表面粗糙度对层流边界层换热系数影响不大,而对湍流边界层则有较大影响,进而显著改变壁面温度分布;与光滑壁面相比,5μm的等效沙粒粗糙度使吸力面湍流区域壁面温度升高约5.7K,100μm粗糙度使壁面温度升高28.4 K,增幅达5%左右;当壁面粗糙度较低时,激波干涉对吸力面边界层的转捩起主导作用,而当粗糙度大于某临界值时,其作用会使转捩位置突然变化,本算例中该临界值近似为150μm。      

喷丸处理对IC6合金制导向叶片NiCoCrAlY涂层 使用性能的影响

采用离子电弧镀的方法在IC6合金制导向叶片上涂覆了NiCoCrAlY包覆涂层,为了进一步改善叶片表面的粗糙度,进行了喷丸处理.结果表明,喷丸处理使叶片表面的粗糙度得到明显改善,其平均值从未处理前的2.04μm提高到处理后的1.02μm.经过22循环热震试验后,喷丸处理和未喷丸处理叶片的涂层与基体的结合均十分完好,喷丸处理可进一步提高涂层的抗氧化性能.      

SG砂轮磨削钛合金烧伤机理

钛合金以其良好的耐热耐腐蚀性和特别高的比强度在国内外航空航天工业上得到了广泛的应用.针对钛合金在磨削加工过程中极易发生的磨削烧伤问题,采用先进的测试方法,对磨削过程中磨削力、磨削温度、工件表面粗糙度及表面形貌、表面层金相组织及显微硬度等变化规律进行了分析研究.研究结果表明,TC6钛合金在磨削温度超过600℃时即发生烧伤.表面形貌随磨削温度的升高而逐渐恶化.当发生严重烧伤时,工件表面有裂纹产生,其方向大致与磨削方向垂直.工件烧伤时材料表层的金相组织发生变化, α 相颗粒明显粗大,使得钛合金的物理机械性能下降.研究结果为寻求优化的高效、高精度钛合金磨削加工工艺提供理论及实验依据.      

表面粗糙或带凸起转盘风阻扭矩实验

为研究壁面不同粗糙程度以及带有螺栓等表面凸起的转盘风阻扭矩特性,建立了一个转盘扭矩测量实验台.自由盘测量结果与经典经验关系式较好的符合度验证了测量方法的准确性.分析研究了在不同粗糙度以及附有6种凸起结构的转盘风阻扭矩规律.结果表明,壁面的粗糙会增大转盘受到的扭矩,在所测量旋转雷诺数范围内,从气动光滑一直到粗糙高度0.2 mm,扭矩系数增大1倍.基于气动光滑自由盘经验关系式进一步总结出相对粗糙度对于风阻扭矩的影响系数.对比6种凸起引起的风阻扭矩特性发现,叶型凸起会大幅降低风阻扭矩.凸起安装迎风角度的改变会带来10%的风阻扭矩差别.结合自由光滑盘扭矩系数经验关系式,总结出不同凸起形状对于扭矩系数的影响因数.     

航空铝试块疲劳裂纹相控阵超声成像检测

表面疲劳裂纹扩展可导致结构失效,利用相控阵超声成像技术监测疲劳裂纹,获取结构完整性评价所需裂纹信息,可及时对结构失效提出安全预警。采用三点弯曲疲劳试验法在航空铝试块上生长疲劳裂纹,对裂纹开口面材料进行逐步切削来获得不同长度的疲劳裂纹,利用相控阵超声全矩阵采集(FMC)和全聚焦方法(TFM)获得的裂纹尖端和开口图像信息来监测裂纹扩展和测量裂纹长度,并测试了相控阵超声探头放置位置、裂纹张开/闭合、裂纹表面粗糙度对超声成像检测效果的影响。研究结果表明:相控阵超声探头从裂纹侧面入射检测能更好地对裂纹进行超声成像,并真实反映材料内部裂纹扩展前缘形貌。当疲劳裂纹长度大于3倍超声波长时,裂纹尖端和开口图像完全分离,相控阵超声全矩阵采集和全聚焦成像技术可有效测量裂纹长度,测量误差小于0.2 mm。相比裂纹张开时,疲劳裂纹闭合效应会使裂纹尖端超声图像信号减弱4.5 dB,长度测量值小0.6 mm。