航天用铝合金/ 焊丝焊接性研究

针对2A14、2219、2195、2A97、1460铝合金,通过焊接热模拟试验、焊接裂纹敏感性试验和拉伸试验,建立了材料脆性温度区间大小和焊接性的关系及焊丝主成分和焊接性的关系。结果表明,试验合金焊接性从好到差的排列顺序为2219、2A14、1460、2195、2A97。其中2A14、2219铝合金现用焊丝可以满足推进剂贮箱用铝合金焊接性要求。脆性温度区间较小时,焊接性良好,随脆性温度区间增加,焊接性变差;采用满足主成分含量之和为6%的焊丝焊接时,若抗裂性满足要求,则接头延伸率满足要求。     

铝合金阀门壳体交叉孔数控去毛刺的工艺优化与应用

随着火箭增压输送系统的阀门制造任务日益繁重，阀门零件交叉孔毛刺的去除急需稳定有效的工艺方法。为实现运载火箭铝合金阀门壳体交叉孔相贯线毛刺稳定高效的去除，提出了一种使用过孔刀数控加工去除交叉孔毛刺的工艺方法。设计了过孔刀数控加工去毛刺试验方案，研究了交叉孔相贯线毛刺去除原理，分析了工艺参数对毛刺去除质量的影响规律，得出了铝合金阀门壳体的交叉孔毛刺去除的最优工艺参数。研究表明，该方法能在交叉孔相贯线位置形成过渡圆角，实现了铝合金交叉孔毛刺稳定高效的去除，在航天阀门产品应用中取得了良好的加工效果。     

基于氢化镁的核电/核热双模共质空间核动力技术

针对未来空间任务对能源和动力日益提高的需求,提出了基于氢化镁的核电核热双模共质空间核动力技术。该技术以一种储氢密度高、热稳定性较好,能够以常温常压储存的氢化镁作为工质,通过核能加热后氢化镁分解成为核热推进可用的高压氢气和电推进可用的单质镁,并结合高效动态热电转换系统,形成大功率核电源、大功率超高比冲核电推进、高比冲氢气核热推进以及大推力镁核热推进多种工作模式。基于氢化镁的多模共质空间核动力技术解决了低温推进剂、气态工质在空间应用时的存储安全性和存储密度低的问题,其具备的多种工作模式能够针对不同任务需求提供相应的能源或者动力输出,提高核动力飞行器任务能力。     

铝水推进剂用高活性铝基燃料制备及水解性能研究

采用机械球磨法制备了一系列高活性铝基燃料,并通过XRD、SEM和水解性能测试考察了盐和氢化物掺杂对铝合金性能的影响。结果表明,氢化物(盐)的加入明显改善了铝合金水解性能。以Al-10%Bi-10%MgH2合金水解为例,1 g该合金水解产生783 ml/g氢气(不包含0.1 g的MgH2水解产生的167 ml氢气),氢气生成速率为78.3 ml/(min.g),远远超过Al-16%Bi合金氢气产量(670 ml/g)和氢气生成速率(23 ml/(min.g))。氢化物(盐)的作用在于:(1)在球磨过程中,氢化物(盐)有利于减小铝基燃料的粒径;(2)氢化物(盐)溶解产生的热量有利于改善铝基燃料的水解动力学;(3)氢化物(盐)溶解产生大量的导电性离子,促进了铝基燃料在水中迅速形成微型腐蚀电池,并加快微型腐蚀电池工作。     

航空钛合金紧固件铝涂层性能规范研究

通过比较美国宇航标准NAS 4006、波音公司的BMS 10-85以及美国Hi-Shear公司的Hi-Shear 294三份航空钛合金紧固件铝涂层规范之间的异同,对3份标准在铝涂层各项性能的评价上的特点和存在的问题进行了讨论,同时指出了国产钛合金紧固件铝涂层与国外先进铝涂层的差距,为未来我国铝涂层规范的制订以及航空钛合金紧固件铝涂层的研究提供了建议。     

Multiscale modeling of mechanical behavior and failure mechanism of 3D angle-interlock woven aluminum composites subjected to warp/weft directional tension loading

The mechanical behavior and progressive damage mechanism of novel aluminum matrix composites reinforced with 3D angle-interlock woven carbon fibers were investigated using a multiscale modeling approach. The mechanical properties and failure of yarns were evaluated using a microscale model under different loading scenarios. On this basis, a mesoscale model was developed to analyze the tensile behavior and failure mechanism of the composites. The interfacial decohesion, matrix damage, and failure of fibers and yarns were incorporated into the microscopic and mesoscopic models. The stress–strain curves and fracture modes from simulation show good agreement with the experimental curves and fracture morphology. Local interface and matrix damage initiate first under warp directional tension. Thereafter, interfacial failure, weft yarn cracking, and matrix failure occur successively. Axial fracture of warp yarn, which displays a quasi-ductile fracture characteristic, dominates the ultimate composites failure. Under weft directional tension, interfacial failure and warp yarn rupture occur at the early and middle stages. Matrix failure and weft yarn fracture emerge simultaneously at the final stage, leading to the cata-strophic failure of composites. The weft directional strength and fracture strain are lower than the warp directional ones because of the lower weft density and the more serious brittle fracture of weft yarns.     

铝合金氧化物夹杂超声波检测技术

针对航天器用铝合金内部的氧化物夹杂缺陷的检测难题,开展了超声波检测技术试验研究,采用一种基于过盈配合和快速氧化原理的铝合金氧化物夹杂缺陷模拟方法进行了氧化物缺陷模拟,并对缺陷的微观组织和成分进行分析,分析结果验证了氧化物夹杂缺陷的制作有效性。测试结果表明机械C型扫描能够有效分辨Φ1.2 mm当量左右的夹杂缺陷,其直观性、耦合稳定性和重复性相较手动扫描,检测效果更优。该方法已应用于航天器铝合金产品氧化物夹杂检测,效果良好。     

工业供应态LY12铝合金的超塑性

对工业供应态LY12铝合金棒材的超塑性进行了研究。结果表明 :该合金在温度为 75 3K、应变速率为 3.3× 10 - 4s- 1的拉伸变形条件下 ,断裂延伸率为 313% ,应变速率敏感性指数m值约为 0 .33;断裂延伸率的实验值与Ghosh Ayres公式的理论值吻合 ;超塑性变形的主导机制符合Langdon大晶粒模型     

2219-T87/T852铝合金异质接头力学性能弱化及断裂机制

开展了航天贮箱用2219-T87和2219-T852铝合金变极性钨极氩弧焊接研究,通过拉伸试验确定了接头力学强度薄弱区,对接头焊缝晶粒特征、晶界偏析及强化相分布等微观组织分析,阐明接头力学性能弱化及断裂机制。结果表明,接头在-196℃低温条件下平均抗拉强度为314 MPa,平均延伸率为5.68%,接头力学强度薄弱区为2219-T852侧熔合区。在拉伸过程中,接头背部焊缝打底层边缘首先发生起裂,沿熔合区向上扩展,最终断口呈现混合断裂模式。微观组织分析表明,在接头力学强度薄弱区,组织为非均匀过渡混合晶粒特征,晶界偏析造成的沿晶共晶相呈粘连网状分布,基体强化相大量溶解与粗化,共同导致了接头强度和塑性的显著下降。     

惯性仪表精度漂移的材料问题与尺寸稳定性复合材料设计

陀螺、加速度计等惯性器件是高精度传感器,对零件的微小变形有着极其敏感的反应。因此,惯性器件材料的尺寸稳定性问题一直是提高精度的关键。作者长期研究发现,惯性仪表精度及其稳定性在结构设计确定的情况下与加工、装配有关,但是本质性的因素是材料在长期温度扰动下的“变形”“变性”“变质”问题。我国关于惯性器件材料尺寸稳定性的研究十分薄弱,材料与工艺技术已经成为制约仪表精度的“卡脖子”问题。本文重点介绍了材料“变形”即在温度扰动下微纳变形的研究结果。首先分析了惯性器件的服役环境以及该服役环境下的材料响应,从而提出复合材料尺寸稳定性设计的基本原理。通过材料设计,为解决低频谐振、复杂结构热应力变形、动载荷弹性变形、长期静载荷微纳米级变形、长期储存下材料时效自发变形等问题提供了有效的材料设计方案。设计制备的仪表级SiC/Al复合材料在核心关键指标上优于铍材,在“高新工程”、“北斗工程”等重大工程中显示出优异的技术效果。