航天器异种金属钎焊接头静态裂纹行为分析

采用高频感应钎焊方法连接了航天推进系统的异种金属(钛合金与不锈钢)薄壁小直径导管结构,结构的质量和性能远远优于螺栓连接的导管结构.钎焊接头静态拉伸试验发现,银基钎料钎焊的接头承载能力要优于铜基钎料.对静态拉伸断裂接头的微观组织进行了分析,结果发现,银基钎料钎焊的接头区域出现的裂纹仅在钎缝区域萌生和扩展,当裂纹扩展到钎缝与母材的界面位置时停止扩展.铜基钎料钎焊的接头区域的裂纹从3个位置萌生:钎缝2种组织的交界处,钎缝与钛合金、不锈钢的界面.裂纹驱动力主要是由静态拉伸载荷和异种金属钎焊接头失配行为构成的,而裂纹扩展抗力主要与钎焊接头的微观组织有关.     

新淬火状态铝合金板的成形极限

论述了硬铝合金成形工艺中应变路径、固溶热处理和时效过程对成形极限的影响,由试验得到了单向拉伸预应变和固溶热处理后时效过程中的成形极限图FLD(Forming Limit Diagram),重点研究了固溶热处理后时效过程中成形极限的变化,并得到了铝合金在时效过程中的成形极限应力图FLSD(Forming Limit Stress Diagram).结果表明,原始退火状态材料的成形极限高于新淬火状态材料的成形极限,且新淬火状态材料的成形极限随时效时间增加而降低,原因主要在于固溶热处理过程中材料组织状态的变化和应变硬化指数n在时效过程中的降低;成形极限应变的降低导致成形极限应力也随时效时间增加而降低.      

缝合复合材料可用性——简单层合板的基本性能

为了解决缝合复合材料在飞机结构中的应用问题,通过试验方法研究了缝合以及缝合方向对T300帘子布/QY9512单向层合板与正交对称层合板拉伸和压缩性能的影响,得到了T300帘子布/QY9512材料的部分基本性能常数.研究表明,缝合与缝合方向对这两种层合板的模量影响不大,但对单向层合板的泊松比影响较大,而且偏轴后缝合单向层合板的泊松比不满足偏轴转换关系.缝合及其方向对单向层合板的拉伸强度影响很大,而对压缩强度影响却不明显.缝合正交对称层合板中铺层的拉伸破坏机制与缝合单向层合板的破坏机制不同,因此不能用缝合单向层合板的拉伸强度作为正交层合板内铺层的强度极限.      

LF2、LF21、LD5、LD10四种铝合金圆棒单轴拉伸时的形变特性和断裂特征研究

本文对LF2、LF21、LD5和LD10四种铝合金圆棒单轴拉伸时的形变和断裂过程进行了研究。LF2和LF21得到的是通常的杯锥断口,而三种不同时效状态的LD5和LD10都发生剪切形变局部变化现象,并随之迅速剪断,得到的都是斜的剪切平断口。这可能是由于它们产生剪切形变局部化的滑移面硬化率对瞬时拉伸应力的临界比值不同之故。后者开始剪切形变局部化的临界比值较前者的为高,因而在实验中易于达到,剪切形变局部化发生后随即剪断。     

微重力池沸腾中的气泡行为实验研究

采用图像分析方法,对实践十号返回式科学实验卫星沸腾气泡实验项目获得的微重力单气泡过冷沸腾实验图像进行研究,提取并分析了微重力条件下单个气泡的生长过程.实验中观察到气泡激发形成、稳定黏附生长和滑移三个阶段,其中气泡稳定黏附生长又可分为底部扩张与回退两个子阶段.在气泡稳定黏附生长的底部扩张子阶段,气泡半径可以表示为时间的指数函数,时间指数从初期小气泡时的0.42减小到中期的0.28,最终趋于0.气泡尺寸在气泡底部收缩之初略有回调,随后再次缓慢增大,直到过冷液体完全侵入气泡底部,使气泡与加热面脱离,并在外界扰动作用下在加热面上滑移.相关数据可以作为沸腾现象中气泡热动力学分析的依据.      

钛合金冲击性能与动态压缩性能间的定量关系

为认识钛合金的冲击性能与冷镦成品率的关系,运用组织定量统计分析的方法研究了Ti-3Al-5Mo-4.5V钛合金显微组织参数对冲击性能的影响规律,结合动态压缩后的剪切带宽度变化规律,探讨了裂纹形成功、裂纹扩展功以及冲击功与剪切带宽度之间的关系.结果表明:随着退火温度的上升,α片长宽比先增加后减小,裂纹形成功也是先上升后下降,而裂纹扩展功却是先减小后增加,冲击总功持续上升;冲击功指标与材料的动态压缩性能未发现必然联系,裂纹形成功与动态压缩后的剪切带宽度成反比例关系,而裂纹扩展功与剪切带宽度线性正相关.      

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.      

基于修正M-K模型的铝合金板材成形极限图预测

为准确预测AA7075-O铝合金板材的成形极限,将韧性断裂准则和传统M-K模型相结合,提出一种基于韧性断裂准则的修正M-K模型.利用单向拉伸模拟和试验相结合的方法,提取危险单元的应力应变历史并代入C-L韧性断裂准则中,得到材料常数.基于单向拉伸试验所得成形极限点,通过MATLAB编程得到修正M-K模型的初始厚度不均度.在常温下,以单向拉伸、宽板弯曲、液压胀形试验获得AA7075-O铝合金板材的成形极限曲线,与修正M-K模型和传统M-K模型计算得到的理论成形极限曲线进行对比,验证了修正M-K模型的可行性和准确性.      

新型防松管路连接副的接触特性分析

针对新型航空发动机管路连接副,研究了其在安装过程和松动过程中的接触特性。首先,将连接副的安装-松动过程划分为3个阶段,并对这3个阶段的摩擦力和接触压力进行了解析推导,分析了摩擦力和接触压力的变化规律。然后,建立了管路连接副的轴对称有限元模型,并对其进行了非线性瞬态分析。最后,基于施加位移载荷的方法模拟了连接副的安装和松动过程,研究了接触面的滑移量、接触压力、摩擦力和接触压应力的变化规律。同时研究了不同预紧力对连接副接触压应力的影响。结果表明:松动过程在滑移点前后可以分为2个阶段,这2个阶段中接触面的接触特性有明显区别;连接副接触面的接触特性只与接触面参数和预紧力大小相关,与管径、材料等其他因素无关。本文研究的安装与松动过程中接触特性变化规律在工程上可以指导新型管路连接副的设计工作。      

基于双向拉伸的热环境铝合金性能获取和分析

板材成形加工时通常承受复杂载荷,一般采用单拉试验获取材料性能,由于材料变形时仅承受单向载荷,与实际情况差距较大。为获取更加真实的复杂加载时材料性能,通过十字形试件双向拉伸试验,研究了热环境双向变比例加载时AA6016铝合金材料力学性能和变形行为,包括优化设计十字形试件、相关试验方法和设备以及结果分析等。在25、150和250℃温度下进行了拉伸速率比例为1:1、3:2、2:3、1:3和3:1的双向拉伸试验和单向拉伸试验,得到了不同拉伸速率比例和温度下的应力应变关系、屈服规律和各向异性,建立了屈服准则,并且通过与试验结果对比,讨论分析了几个典型屈服准则及其适用性。      

钛合金超声振动钻削工艺特性仿真及试验研究

针对钛合金传统钻削中存在的切削力大、切削温度高和加工质量差等问题,研究了钛合金超声振动钻削工艺特性。首先,通过超声振动钻削的运动方程,分析了其断续切削和高速切削的特性;然后,利用Deform-3D对钛合金超声振动力钻削的轴向力、扭矩和切削温度进行了仿真,并通过超声振动钻削试验研究了轴向力、扭矩和出口毛刺相对传统钻削的变化。结果表明:钛合金超声振动钻削可以降低平均轴向力约20%,降低平均扭矩约40%,降低平均切削温度50%以上,钛合金超声加工孔的加工质量明显优于传统加工。钛合金超声纵扭复合振动钻削相比超声一维纵振钻削可以进一步降低钻削轴向力、扭矩和切削温度,体现出更好的钻削工艺特性。      

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。      

比例加载下应力幅比对2A12-T4疲劳寿命的影响

采用2A12-T4铝合金漏斗形试件,针对不同拉扭应力幅比,进行了比例加载下多轴高周疲劳寿命试验,研究了不同应力幅比对多轴高周疲劳寿命的影响.针对试验结果,采用3种常用的多轴高周疲劳寿命预测模型,包括等效应力准则、应力不变量准则、临界面准则进行了预测.结果表明:在相同的Von-Mises等效应力下,随着扭转应力幅与拉压应力幅比值的增大,疲劳寿命逐渐升高.等效应力准则的预测结果或过于危险,或过于安全;应力不变量准则的预测结果认为应力幅比的变化对疲劳失效没有影响,与试验结果不符;临界面准则的预测结果优于其他准则.     

铝热合成FeNiCr/NiAl-TiC涂层的时效研究

用铝热反应合成工艺在钢管内表面制备出了FeNiCr/NiAl-TiC复合涂层.用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)和透射电子显微镜(TEM)等分析手段研究了涂层显微结构以及固溶时效对FeNiCr/NiAl-TiC涂层显微结构的影响.研究表明,FeNiCr/NiAl-TiC复合涂层由TiC,NiAl,α-FeNiCr三相组成,晶粒细小,合金基体由α-FeNiCr和NiAl两相组成,其中NiAl相尺寸约为100nm.经过固溶时效,物相组成不变,TiC形态和尺寸稳定,α-FeNiCr基体中NiAl相的尺寸约为400nm,时效后NiAl和α-FeNiCr仍保持共格关系.      

固溶时效处理对高强高韧钛合金显微组织与力学性能的影响

对固溶时效处理后的高强高韧钛合金初生α相的体积分数、尺寸,次生α相的体积分数和α_s/β相界面密度等显微组织特征进行了定量表征和统计分析,探讨了随着固溶温度的变化,高强高韧钛合金显微组织与其力学性能间的相关性.结果表明:在α+β两相区固溶时效处理,随着固溶温度的升高,合金初生α相的体积分数降低,相尺寸先降低后略有升高,次生α相的体积分数升高,α_s/β相界面密度先升高后降低.初生α相的体积分数与伸长率、静力韧度和裂纹形成功正相关,α_s/β相界面密度与合金屈服强度成正相关.      

钛合金表面抗激光涂层损伤特性及热效应影响研究

实验研究了钛合金和高反射型陶瓷涂层材料抗连续型激光烧蚀的损伤及温度分布特性，并从热效应影响角度对比分析了二者在抗激光损伤效果方面的差异性。研究结果表明：相比于钛合金，高反射型陶瓷涂层材料能有效增强钛合金基底抗激光损伤的能力；在同等激光功率密度辐照下，陶瓷涂层材料能有效提升钛合金基底耐受激光辐照的时间长度。实验结果表明该陶瓷涂层材料的激光损伤阈值比钛合金高约5.8倍。实验发现陶瓷涂层温升速率高于钛合金，但由于陶瓷材料具有较高的反射特性，以及良好的热吸收和热传导特性，因此能使由激光辐照产生的热量在其表面较快地扩散，而降低向基底方向传导的程度，最终提升陶瓷涂层的抗激光损伤阈值。     

喷涂粉末对Al-Cu-Fe准晶涂层组织结构的影响

准晶材料具有低热导率、低磨擦系数、良好的耐磨性和抗氧化性、高硬度、高温塑性等优异性能,使之适于作为表面防护涂层.为了提高钛合金的抗高温氧化性能和耐磨性能, 采用低压等离子喷涂方法LPPS (Low Pressure Plasma Spraying)在钛合金表面制备了Al-Cu-Fe准晶涂层.通过改变喷涂粉末的成分和粒度大小,研究了喷涂粉末对制备态涂层相结构及微观形貌的影响. 由X-射线衍射XRD(X-Ray Diffraction)、扫描电镜SEM(Scanning Electronic Microscope)分析得出:采用原子比为Al70Cu20Fe10、粒度为-325目的粉末制备的涂层,在800℃下真空退火处理2?h后,结构均匀致密,二十面体准晶相(I相)含量高,并只含有少量的β相.     

TB2钛合金薄壁波纹板的超塑性成形技术研究

论述了TB2(Ti-5Mo-5V-8Cr-3Al)钛合金的超塑性成形在空间飞行器结构件—波纹板(厚0.25mm)制造上的应用技术,内容包括成形工艺参数和试验装置。结果表明,TB2钛合金粗晶板材,不经过组织细化处理,在750±10℃时具有良好的超塑性,并在超塑性成形过程中发生动态再结晶,使晶粒细化;同时,强度(δ_b)和塑性(δ)均有所提高。对于TB2薄壁波纹板而言,不锈钢(1Cr18Ni9Ti)成形模具及其平面密封结构能够满足超塑性成形的使用要求。