航天先进轻合金材料及成形技术研究综述

轻合金是现代航天装备轻量化首选材料,高性能轻合金构件制造能力决定了我国航天装备的功能水平与竞争力。为推动先进轻合金材料及成形技术在航天领域的应用,对高性能轻合金材料、铸造、钣金成形、增材制造等技术领域在基础理论、工艺开发、装备研制、工程应用等方面的发展现状进行了梳理,提出了高强耐热铸造镁合金材料、高性能钛铝合金材料、高性能镁合金熔模精密铸造、数字化铸造、旋压成形、超塑成形、钛/铝合金电弧熔丝增材制造等相关技术的后续发展方向。     

高温铝合金电磁超声检测回波特性及因素分析

针对高温铝合金在线检测条件下，温度对铝合金电磁超声检测回波特性的影响规律尚不明确、高温检测时缺陷定量/定位补偿困难这一难题，以螺旋线圈电磁超声换能器（EMAT）为例，建立了高温铝合金EMAT检测过程的场路耦合有限元模型；研究了温度对EMAT激励/接收换能效率、EMAT激励/接收电路的功率分配特性、超声传播过程中的扩散/介质衰减特性、回波幅值和超声声速等因素的影响规律；研制了耐高温EMAT探头，对20~500℃高温铝合金试样进行了检测实验，并测定了高温铝合金的超声介质衰减系数和超声声速。在仿真和实验相结合的基础上，分析了高温检测时超声回波幅值变化特性及其影响因素。结果表明：对于铝合金这类非铁磁性金属材料，导致高温时超声回波幅值下降的主要原因是超声介质衰减系数随着温度的升高而增大，其次为高温时EMAT激励/接收电路的功率分配特性的改变。在激励EMAT在试样表面形成的洛伦兹力不变的条件下，其所激励的超声波回波幅值具有随着温度的增加而增加的特点，可以有效减缓超声回波幅值下降的趋势。     

Д-30发动机ЭИ868合金扇形块的钎焊修复

针对某Д-30发动机大修对ЭИ868合金(对应于我国的牌号GH3044)扇形块的修复要求,采用真空钎焊的方法对扇形块进行了钎焊补焊。对钎焊补焊的扇形块进行超声波探伤。结果表明,钎缝内部质量满足HB7575-97一级钎焊接头的要求,表明所确定的修复工艺可实现ЭИ868合金扇形块的可靠修复。     

7150铝合金热变形行为及微观组织

采用Gleeble热模拟机进行热压缩实验,研究7150铝合金在变形温度为300~450℃、应变速率为0.01~10s-1条件下的变形行为,采用Zener-Hollomon参数法构建合金高温塑性变形本构方程,并对变形后的微观组织进行分析。研究表明:7150铝合金的流变应力随应变速率增大而增大,随变形温度增大而降低。该合金热压缩变形的流变应力行为可用双曲正弦形式的本构方程描述,其参数A为4.161×1014s-1,α为0.01956 MPa-1,n为5.14336,热变形激活能Q为229.7531k J/mol。随着温度升高和应变速率降低,动态再结晶逐渐取代动态回复成为合金的主要软化机制。     

焊后时效处理对2219铝合金VPTIG接头微区组织和显微硬度的影响

研究了不同温度焊后时效处理对2219铝合金变极性钨极氩弧焊(VPTIG)接头各微区显微组织的影响,采用显微硬度测试和透射电镜观察分析焊接接头各微区析出相的形貌和分布。结果表明,焊后时效处理温度不同,焊接接头各微区显微组织和硬度发生的变化不同。热影响区中的完全回复区对焊后时效最为敏感,低温处理时显微硬度就有明显增长,并在160℃处理时达到最大涨幅;焊缝区变化相对较小,其显微硬度的最高涨幅出现在210℃,且小于前者;热影响区中的过时效区最为稳定,显微硬度的最大增长同样出现在160℃,但涨幅很小。透射电镜观察表明,焊接接头各微区的显微硬度变化主要与时效强化相的析出行为有关。     

表面处理对17-4PH不锈钢抗固体粒子冲蚀性能的影响

为对比研究表面处理对17-4PH不锈钢抗固体粒子冲蚀性能的影响,在17-4PH不锈钢表面进行了多弧离子镀陶瓷/金属多层膜制备、激光表面合金化(LSA)处理和超音速火焰喷涂(HVOF)硬质合金层处理,利用划痕仪、自组装的不锈钢抗固体粒子冲蚀(SPE)装置、多冲疲劳试验机对上述三种表面处理试样的小攻角和大攻角SPE失效行为和机理进行了研究。结果表明,微切削是17-4PH不锈钢及其表面改性试样小攻角下固体粒子冲蚀破坏的主要失效机制,多冲型疲劳破坏是17-4PH不锈钢及其表面改性试样大攻角下固体粒子冲蚀的主要失效机制。HVOF WC-17Co涂层可显著提高17-4PH不锈钢30°小攻角和90°大攻角下SPE抗力。激光表面合金化层能够改善17-4PH不锈钢抗30°小攻角和90°大攻角下SPE性能,但SPE性能改善效果弱于HVOF喷涂涂层。TiAl N/Ti多层膜不能显著提高17-4PH不锈钢抗30°小攻角和90°大攻角的SPE性能。     

7000系高强铝合金的发展及其在飞机上的应用

阐述了7000系高强度铝合金的国内外发展现状,列举了高强度铝合金在国外飞机上的应用情况,指出了目前国内飞机用高强铝合金材料存在的问题,并对高强铝合金在未来飞机机体的选用提出了建议,供设计人员参考使用。     

6061铝合金激光穿透焊的焊缝成形

分别采用光纤激光和YAG激光对2.5mm厚的6061铝合金开展了激光穿透焊接试验,研究了主要焊接参数对焊缝成形的影响规律。结果表明,与YAG激光相比,高能量密度的光纤激光更易于实现穿透焊接,且光纤激光获得良好焊缝成形的工艺区间更大。在穿透焊接条件下,焊缝截面形貌分为钉头形和近X形两种。当激光功率较高时,光纤激光焊缝更趋向于生成近X形截面,YAG激光焊缝更易于生成钉头形截面。焊缝成形受激光功率密度和焊接热输入双重因素的影响。随激光功率密度和焊接热输入的增大,光纤激光焊缝截面形貌逐渐由钉头形向近X形转变。     

TC4钛合金材料采用金刚石砂轮磨削时的工艺参数优化

钛合金材料在航空器和发动机中的应用极为广泛,涡扇发动机中低压压气机静子叶片基本由钛合金材料制成,由于钛合金的磨削性能较差,对选用金刚石砂轮进行钛合金材料磨削时的主要工艺影响因素（如进给速度、磨抛深度等）进行了试验分析,优选出更适用于金刚石砂轮磨削钛合金的工艺参数,该参数不仅能够用于自研的双面仿形抛修设备,还可以对其他型号磨床磨削钛合金材料时的工艺参数选择提供指导。     

锆微合金化6013型铝合金的抗晶间腐蚀性能

研究了一种锆微合金化6013型铝合金(Al-1.35%Mg-1.03%Si-0.895%Cu-0.539%Mn-0.112%Zr-0.436%Zn)(质量分数)的抗晶间腐蚀性能。结果表明:经470℃/24h均质化处理,变形量约150%的压缩变形加工,560℃/2h的固溶处理和151℃/8h+191℃/8h时效处理后,锆微合金化6013型铝合金具有良好的抗晶间腐蚀性能。按GB/T7998—87和ASTM G110—92标准进行晶间腐蚀实验,其最大腐蚀深度为227.23μm,明显优于相同实验条件下的6061-T6(560℃/2h固溶处理,160℃/2h时效处理)合金。且锆微合金化6013型铝合金的显微硬度值达147.05 HV,较6061-T6合金高12.81%。分析表明,锆的微合金化作用及合金主成分特点改善了合金的显微组织,使得晶粒细化,析出相断续弥散分布,这是合金抗晶间腐蚀性能提高的主要原因。