Investigation on surface integrity of electron beam melted Ti-6Al-4 V by precision grinding and electropolishing

Electron beam melting (EBM), as an excellent Additive Manufacturing (AM) technology, enables the printing of Ti-6Al-4 V alloy for a wide range of applications such as aerospace and biomechanical industries. It improves functionality and integrity of components and negates complexities in assembly processes. However, due to the poor surface and sub-surface integrity represented by the rough surface finish and low dimensional accuracy, achieving a favorable surface condition is quite challenging. Therefore, post processing becomes essential for these electron beam melted (EBM-ed) Ti-6Al-4 V alloys. Being the most common technique to improve such parts, milling of Ti-6Al-4 V alloy is very challenging and resulting tool wear issues, due to its unique material properties. Thus, this paper presents a comprehensive study on the surface integrity of EBM-ed Ti-6Al-4 V parts processed by precision grinding and electropolishing, aiming to qualitatively and quantitatively clarify the interrelation between process parameters and processed surface quality. The surface and subsurface characteristics such as profile accuracy, surface roughness, microstructure, defective layer and residual stress before and after post processing were compared and evaluated. The results show that by precision grinding, the profile accuracy was improved from over 300 µm PV to 7 µm PV, while surface roughness (R_a) was reduced from 30 µm to about 2 µm. The layer with partially melt particles was removed, but introduced a deformed subsurface layer with more residual stress. Then by applying electropolishing, the residual stress was released and the deformed layer was removed. In addition, R_a was further reduced to 0.65 µm. The research can serve as a reference for the integration of post machining processes with AM.     

基于数字图像相关的预腐蚀2024-T4铝合金疲劳开裂实验研究

通过三维数字图像相关(3D-DIC)方法研究预腐蚀2024-T4铝合金在三种不同最大应力水平和应力比下的疲劳开裂行为。通过应变场演化直观地显示裂纹萌生和扩展的时空特征,并通过扫描电镜观测关键损伤区域的断裂微观形貌。结果表明:试样边缘的局部腐蚀促进了疲劳裂纹萌生,影响了裂纹的形核位置,并引起材料氢脆现象;疲劳裂纹扩展方向与加载方向呈60°~68°角,表明疲劳裂纹扩展可以用KⅠ/KⅡ混合模式来描述;预腐蚀铝合金疲劳失效存在单裂纹断裂、多裂纹联合、多裂纹竞争和多裂纹平行扩展4种典型的失效模式。     

5A90铝锂合金的蠕变时效行为及机理

研究了在不同时效温度和应力水平的影响下,5A90铝锂合金的蠕变时效行为和微观组织及力学性能演变规律和机理。实验采取先加载后加热的方法,即考虑了蠕变时效非等温阶段。结果表明:在恒定外加应力175MPa下,加热至100、130和160℃时的非等温蠕变应变分别为0.026%、0.036%和0.069%;160℃下等温阶段保持18 h后的蠕变应变达到1.207%,远大于130℃下的0.079%和100℃下的0.039%;蠕变应变速率随温度升高而增加;由于蠕变损伤,160℃下出现蠕变第3阶段。研究了130℃下不同应力水平对微观组织和力学性能演变的影响,发现应力为175 MPa时,非等温蠕变变形很明显,但在125和150 MPa下加热至120℃之前不会发生蠕变,并且等温蠕变应变随应力增大而增加;较高的应力可以促进δ′(Al3Li)、S(Al2MgLi)相的析出和长大;在蠕变时效初期,应力越大,位错密度越小,而在蠕变时效的后期则相反;与125和150 MPa相比,合金在175 MPa下蠕变时效初期表现出最低的强度和最好的塑性,而在蠕变时效后期则相反,这归因于位错强化和δ′相强化之间的协同作用。     

固溶处理工艺对2219铝合金力学性能的影响

针对铝合金在硝盐槽中固溶热处理存在加热介质不环保、超温爆炸的问题,以2219铝合金不同厚度板材为对象,研究了空气介质加热固溶处理工艺对2219铝合金力学性能的影响。探索了其力学性能随固溶处理保温时间的变化规律,并观察了6 mm板材典型的热处理工艺:(535±5)℃/70 min固溶,(165±5)℃/960 min时效,板材显微组织的析出相呈细小弥散状分布,对合金有较好的强化效果。试验获得了不同厚度2219铝合金板材较为理想的固溶处理工艺参数。合金热处理后的力学性能达到了产品的技术指标:抗拉强度R_m≥405 MPa,屈服强度Rp0.2≥286 MPa,延伸率A11.3≥10%。2219铝合金空气介质加热固溶处理工艺技术已替代硝盐介质固溶处理技术,并在运载火箭贮箱结构件中得到成功应用。     

CF8611/AC531复合材料性质及其与7B04铝合金接触腐蚀的电化学研究

设计了CF8611/AC531复合材料的正面(Front surface,FS)试件和侧面(Side surface,SS)试件及3.5%NaCl+12.5%Cu_2SO_4电解液,借助电化学工作站、扫描电镜和扫描振动电极等设备,开展了复合材料和7B04-T74铝合金在不同状态下的电化学测量及偶接全浸试验。在恒温35℃、3.5%NaCl溶液中浸泡0h和96h后,FS试件自腐蚀电位和自腐蚀电流密度分别为96和117mV,1.742×10~(-7)和2.213E×10~(-7) A/cm~2,铝合金则分别为-870和-897mV,2.920×10~(-5)和3.068×10~(-5) A/cm~2。FS和SS试件在恒温35℃、3.5%NaCl+12.5%Cu_2SO_4电解液中的极化电流密度分别为3.99×10~(-4)和1.01×10~(-3) A/cm~2,且在碳纤维裸露处均有明显Cu金属沉积;在恒温35℃、3.5%NaCl电解液中,FS/7B04偶对电偶电流密度均值为6.75E×10~(-6) A/cm~2,低于SS/7B04偶对的6.2×10~(-5) A/cm~2。结果表明:复合材料电化学性能稳定;FS试件电化学活性低于SS试件;证明了碳纤维在复合材料电化学响应中的贡献,指出了原始表面存在碳纤维裸露缺陷,由此划分了活性阴极区和惰性阴极区;接触腐蚀中铝合金的主要腐蚀形式是点蚀,并伴有少量沟状腐蚀,揭示了沟状腐蚀的发生机理和发展路径;SS试件对铝合金的电偶效应较FS试件显著,讨论了偶对中复合材料未失效的原因,指出表面阴极点及Al 3+的水解可能会减弱电偶效应。     

基于应变量耦合的低成本Ti-Al-V-Fe合金本构关系

为了获取新型低成本Ti-Al-V-Fe合金热成形工艺窗口,研究了热加工参数为变形温度875~1100℃、应变速率0.001~1 s^-1、变形量70%的低成本Ti-Al-V-Fe合金热变形行为。结果表明:流变应力与变形温度成反比,与应变速率成正比,合金为典型负温度、正应变敏感材料。以热模拟实验数据为依据,运用多元线性回归方法,确定了材料常数与应变的函数关系,建立了基于应变量耦合的α+β两相区及β单相区Arrhennius本构方程,其耦合系数为0.98,表明建立的模型在给定任意应变量时可准确预测流变应力。根据热激活能,判别合金在不同相区软化机制,单相区为动态回复,两相区为动态再结晶。     

高硅铝合金激光封焊与焊接接头的工艺研究

针对高硅铝合金电子封装管壳激光封焊后，焊接接头附近易出现裂纹，产品密封成品率低的问题，提出了一种具有预热-焊接-后处理的激光脉冲波形。通过研究激光封焊工艺参数与管壳焊接结构的作用关系，以及焊接接头部位的微观结构，确定了符合可靠性要求的管壳焊接接头的结构，避免了裂纹等缺陷的发生，并通过了可靠性验证，将其应用到宇航用混合微电路生产中，产品合格率得到了极大的提升。     

热处理对超细晶稀土镁合金组织和性能的影响

镁合金作为目前工业应用中最轻的结构材料之一,在航空航天领域具有良好的应用前景。细晶镁合金因其优越的力学性能受到人们关注,但其热稳定性在一定程度上限制了其应用。为此,使用等通道角挤压(ECAP)对Mg-Y-Zn-Zr合金进行强烈塑性变形,得到超细晶镁合金,对其进行不同温度、不同时间条件下的退火处理,以进一步提高该合金的塑性,研究该合金在高温下的稳定性。对处理后的样品进行力学性能测试,显微结构观察,背散射电子衍射(EBSD)分析。结果显示:在200～300℃下保温0.5 h,可以在保持变形合金强度的情况下提高合金塑性,且低温处理的合金内部基本没有出现再结晶现象。该合金热稳定性好,可作为轻量化材料应用到多种航空航天部件中。     

形状记忆合金在飞行器进气道中的应用研究进展

进气道作为发动机上游的重要气动部件,其性能对整个飞行器的工作效率和运行能力都有着重要影响。本文首先详细阐述了进气道的几何调节需求,指出了传统机械调节方案存在的不足以及形状记忆合金在可调进气道中诱人的应用前景,而后简单介绍了形状记忆合金的基本特性和典型航空应用进展。最后,总结了形状记忆合金在飞行器进气道中的应用情况,重点介绍了美国SAMPSON计划在智能进气道领域所取得的成果。     

TiAl合金PST晶体中Ti3Al片层取向对其蠕变性能的影响

 对２种硬取向（＝９０°和０°,为外力轴与片层界面的夹角）的ＴｉＡｌ合金ＰＳＴ晶体试样的高温压缩性能及蠕变性能进行了测试,并对其蠕变组织进行了观察。结果表明：２种取向试样的屈服强度及蠕变性能存在明显的差异;在Ｔ＝８００℃,σ＝３５０ＭＰａ蠕变条件下,＝９０°试样过早出现蠕变失稳阶段,这与该取向试样片层组织中α２相在蠕变过程中发生球化及剪切带的形成有关。