钛合金筋板类构件局部加载成形有限元仿真分析中的摩擦及其影响

局部加载等温成形为大型钛合金筋板类构件省力、高性能成形制造提供了有效的途径。然而其成形过程复杂,材料参数、几何参数、工艺参数高度耦合作用,精确预测困难。有限元仿真为此类复杂成形问题的分析和优化提供了有力的工具。而摩擦模型和摩擦条件是数值模拟的重要边界条件之一,影响到预测结果的精度及可靠性。本文着重分析了库伦摩擦模型、剪切摩擦模型、库伦-剪切摩擦模型、库伦-粘着摩擦模型以及摩擦大小对筋板类构件局部加载成形仿真分析结果的影响。研究结果表明:剪切摩擦模型适用于局部加载成形过程的建模仿真;确定精确的摩擦条件可降低载荷预测误差15%以上;主动调控局部区域摩擦条件可改善局部加载成形过程的充填、减少缺陷。     

TA15钛合金支臂近等温锻造工艺

TA15钛合金支臂是某机承力构件,采用近等温锻造工艺,将近等温锻造成形技术应用于TA15钛合金支臂难变形合金外形复杂锻件生产,通过控制模具温度在坯料加热温度以下某一范围内,避免锻造过程中温升并使坯料处在较高塑性区,有效降低材料流动抗力,提高锻件组织均匀性、一致性,生产出组织性能合格锻件.     

激光快速成形TA15钛合金切削加工性能研究

与整体锻造等钛合金传统制造技术相比,钛合金构件激光快速成形技术具有组织细小均匀、综合力学性能优异,无需锻造加工及锻造模具,材料利用率高、机械加工余量小、数控加工时间短、柔性高效等突出优点。通过近10年的攻关,我国已率先实现激光快速成形大型钛合金主承力构件的装机应用。     

低温复杂结构件特种成形工艺

研究了等离子旋转电极制备低温钛合金球形粉末的特性,采用热等静压成形工艺,制备低温钛合金粉末冶金材料,并对比分析了组织与性能.以低碳钢为材质,加工装配专用芯模,开展粉末冶金TA7 ELI钛合金构件净成形技术研究,实现了大尺寸、薄壁、半封闭式火箭发动机低温转子高性能、高可靠性的整体净成形.结果表明:等离子旋转电极制备的低温钛合金球形粉末,具有非常高的球形度和振实密度,粒径分布可依据需求控制在一定范围内,非金属夹杂含量每千克不超过20个;粉末冶金低温钛合金材料性能全面达到同批次锻件性能水平,微观组织呈等轴状;粉末冶金低温钛合金氢泵叶轮已通过了发动机型号低温全程试车考核.     

钛合金薄壁复杂构件精密成形技术现状及发展

随着我国航空工业的发展,钛合金构件大型化、整体化是必然趋势,大型钛合金薄壁复杂构件的整体精密成形技术是必须解决的重大技术关键。在过去的几年内,先进的设备、加工过程的控制和数值模拟的应用使得航空航天用的钛合金薄壁复杂构件整体精密成形有了一定的发展。     

激光熔化沉积钛合金及其复合材料组织力学性能研究进展

激光熔化沉积(LMD)技术快速、自由的成形特点为航空构件的制造和发展带来了新的设计思路和方法.对激光熔化沉积钛合金与钛基复合材料的组织结构和力学性能进行了归纳分析,包括成形工艺参数、热处理技术以及增强体种类和含量对成形钛合金与钛基复合材料组织力学性能的影响,发现成形工艺参数直接影响粉末熔化程度、熔合质量和成形显微结构,...     

金属结构件等温成形过程金属流动规律与充填性的物理模拟

通过对具有不同高宽比,并有Z、Ч、H字形断面形状的钛合金高筋薄腹板框结构件的等温成形过程进行物理模拟,发现:无论成形件是何种截面、何种形状毛坯,其充填型槽的能力均随变形量的增大而增大;金属向凸弧方向、宽型腔处的流动速度快于向凹弧方向、窄型腔处;毛坯形状应符合各部位所需金属量与转移路程最短的原则设计;用铝合金模拟钛合金等温成形可较为真实地反映出钛合金等温成形时的流动和充填能力.     

大规格TA7ELI冷氦气瓶半球等温冲压工艺北大核心CSCD

对未来运载火箭用大直径TA7ELI钛合金冷氦气瓶半球的等温冲压工艺进行了研究。采用有限元分析软件对半球等温冲压过程进行了数值模拟并开展了成形试验验证,同时结合成形前后材料显微组织、力学性能的变化,进一步分析了工艺过程对材料性能的影响规律。研究结果表明,等温冲压过程中材料的应力应变由芯部逐渐扩展到边缘,成形进程达到中后期时载荷最大,成形后半球壁厚最薄位置在球底中心边缘处。等温冲压后TA7ELI材料的组织形态和尺寸变化较小,且半球各处室温和20 K下的强度与成形前相比基本一致,成形后材料的室温延伸率均有所提高,20 K下球底处材料的延伸率有所降低但仍满足要求。     

30CrMnSiA钢连接座超塑性等温精锻技术的研究

 <正> 超塑性等温锻造作为新工艺自70年代以来,已在航空航天、机械电子、轻工行业等得到推广应用。长时间内,国内主要在钛合金、铝合金等工业材料上开展了成形研究和应用。本文则对高强度30CrMnSiA钢连接座件进行了超塑性等温成形工艺试验,并在钢的超细化预处理和变形中组织结构变化等研究的基础上进行成形工艺的研究。     

高强韧稀土镁合金筋板类构件等温精锻工艺北大核心CSCD

主要研究高强韧稀土镁合金筋板类构件等温精锻工艺及随后的锻件微观组织与性能的控制。通过Deform软件对典型筋板类构件的等温精锻工艺进行模拟研究,通过分析等温精锻工艺过程中金属材料的流动趋势及可能出现的问题,提出相应的解决方案,在随后的实验过程中,成功成形出具有高筋薄腹板的典型筋板类锻件。研究结果表明:筋板类构件等温精锻过程中在两个侧筋相交的位置充填最为困难,利用有限元方法对坯料尺寸进行优化设计,有效地改善了金属在复杂模具型腔内的充填能力,并降低了等温成形载荷,成形出表面质量良好的稀土镁合金精锻件。通过200℃时效63 h后,高强韧稀土镁合金筋板类构件的强度达到峰值,其峰值抗拉、屈服强度和延伸率分别为371、243 MPa和4.07%。β'相和长周期相在基体上的弥散分布是锻件获得较高强度的主要原因。锻件断口在未时效处理状态下主要为韧性断裂,而随着时效过程的进行,断裂方式逐渐转变为准解理断裂。     

高强韧稀土镁合金筋板类构件等温精锻工艺

主要研究高强韧稀土镁合金筋板类构件等温精锻工艺及随后的锻件微观组织与性能的控制。通过Deform软件对典型筋板类构件的等温精锻工艺进行模拟研究,通过分析等温精锻工艺过程中金属材料的流动趋势及可能出现的问题,提出相应的解决方案,在随后的实验过程中,成功成形出具有高筋薄腹板的典型筋板类锻件。研究结果表明:筋板类构件等温精锻过程中在两个侧筋相交的位置充填最为困难,利用有限元方法对坯料尺寸进行优化设计,有效地改善了金属在复杂模具型腔内的充填能力,并降低了等温成形载荷,成形出表面质量良好的稀土镁合金精锻件。通过200℃时效63 h后,高强韧稀土镁合金筋板类构件的强度达到峰值,其峰值抗拉、屈服强度和延伸率分别为371、243 MPa和4.07%。β’相和长周期相在基体上的弥散分布是锻件获得较高强度的主要原因。锻件断口在未时效处理状态下主要为韧性断裂,而随着时效过程的进行,断裂方式逐渐转变为准解理断裂。     

钛合金层合梁SPF/DB制造工艺研究

钛合金层合结构因具有较高的损伤容限而受到重视,并成为超塑成形/扩散连接技术应用的一个新方向.通过采用先超塑成形再进行热等静压扩散连接成为整体构件的SPF/DB组合工艺方法,可以实现钛合金层合结构波纹工字梁的制造,其外形尺寸、微观组织和性能等基本能满足设计使用要求,但其工艺参数仍有待通过深入研究进一步优化.     

复杂钛合金进气道热等静压近净成形技术研究

作为冲压发动机的进气装置,进气道是发动机的关键核心构件,也是一种复杂异形薄壁钛合金构件,成形难度非常大。以TA15钛合金粉末为原材料,利用热等静压近净成形技术在国际上首次研制成功进气道,实现了整体结构的一次成形,并成功通过飞行考核。从进气道本体取样,测试了不同位置的组织,结果表明：热等静压TA15钛合金不同位置组织均匀性好,主要以板条状或片层状α相为主,在粉末颗粒边界大应变带周围分布着等轴α相,相间分布少量的细小β相。测试了材料各项性能,其平均室温抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率、500℃抗拉强度、断裂韧性和冲击韧性分别为995MPa、924MPa、18.2%、43%、673MPa、90.6MPa·m1/2和51.4J/cm2 ,各项性能数据均达到了GJB2744A-2007中规定的TA15钛合金锻件的水平,综合性能良好。     

TA15 钛合金等温局部加载各加载区的组织和性能

研究了不同加载方式下TA15钛合金方坯先加载区、过渡区和后加载区的组织和力学性能。结果表明:只采用局部加载时,先加载区和后加载区的室温和高温性能优于过渡区的性能,各区的持久性能差别不大;采用先局部后整体的加载方式时,过渡区的室温和高温性能优于其他两个加载区,但过渡区的持久性能明显较差。只采用局部加载时,各区的组织性能优于先局部后整体加载时各区的组织性能。     

电流辅助钛波纹管成形温度场控制及模拟

利用钛合金的自阻,可以施加电流将其快速加热到高温,进行成形。在钛合金波纹管成形过程中,需要确定4个重要的参数,即加载在钛管上的电流大小、升温时间、胀形气压、轴向压力。通过对波纹管加热过程中温度场的观测和控制,可以得到对波纹管成形最有利的温度场。通过对成形过程的模拟,可以得到比较可靠的试验参数,进而减少试验的次数;模拟中还可以发现成形过程中可能出现的新问题,为之后的试验提供参考。通过对温度场的控制和成形过程的模拟,钛合金波纹管可在几分钟内被加热到成形温度,从而提高生产率,降低对环境的污染;同时采用气胀和轴向加载的复合工艺,有效地避免壁厚的过分减薄。     

电子束熔化成形Ti-6Al-4V钛合金研究进展和应用现状

电子束熔化成形技术(EBM)具有成形速度快、能量利用率高和真空环境无污染等优点,适合于Ti-6Al-4V钛合金的制备,在航空航天、生物医疗等领域得到广泛应用。然而,EBM成形Ti-6Al-4V钛合金构件仍然存在的内部孔隙、粗糙的表面和残余拉应力等缺陷,严重影响了成形件的疲劳性能。通过工艺参数的优化及后处理工艺,如热等静压和表面处理等,可以显著改善EBM成形件的疲劳性能。综述了EBM成形Ti-6Al-4V钛合金的成形工艺、微观组织、力学性能和典型的应用现状。重点讨论了影响疲劳性能的因素,并总结了一些提高疲劳性能的后处理方法。最后对EBM技术未来的发展前景进行了展望。     

航空发动机薄壁W形封严环动模外压成形

液压成形是复杂薄壁零件制造的一种有效方法。针对某航空发动机的薄壁高温合金W形封严环构件,提出动模外压成形方法,并建立了有限元模型。基于数值模拟和工艺实验,分析了不同成形阶段的变形规律和压缩失稳的控制机理,在此基础上研究了毛坯成形区高度和型腔液压加载路径等关键工艺参数对零件成形结果的影响,探讨了成形过程中环向失稳起皱、型面不对称、材料堆叠等失效形式,提出了优化的参数。结果表明,提出的工艺方法可实现W形封严环的整体精确成形,采用优化的毛坯成形区高度和液压加载路径可获得成形精度较高、表面平滑无褶皱的试件。     

航空钛合金激光快速成形技术应用的材料问题

激光快速成形技术是20世纪90年代中期发展起来的新型零件成形技术,也是目前航空制造业研究与应用开发的热点技术之一.本文就航空钛合金激光成形技术在实际生产中的冶金质量控制、组织性能关系、工艺规范和工艺适应性、质量一致性控制、航空构件应用定位等材料应用技术问题进行了评述,为确保航空用激光快速成形制件的安全可靠使用提供了参...     

TC4合金等温成形过程模拟与组织预测

在试验研究的基础上，建立了能够反映锻造热力参数对材料成形性能影响的新型本构方程，并采用变形与传热耦合分析的刚塑性有限元数值模拟方法，全面系统地研究了TC4合金的等温成形过程，基于建立的该合金动态再结晶组织的演化模型，定量地预测了等温成形过程中TC4合金微观组织的演变情况，并分析讨论了工艺参数合金微观组织演变过程的影响，从而为TC4合金热成形工艺参数的优化设计和控制提供了基础。     

耐热钛基复合材料制备加工及应用综述

钛合金以其高比强度、高比刚度以及耐高温性能备受航天航空等领域的青睐。合金化手段已无法使钛合金突破600℃服役温度瓶颈,无法满足超高速飞行器及新型航空发动机等航空航天装备更高服役温度需求。向高温钛合金中原位引入多元多尺度的陶瓷增强相,精准控制其形成特定构型结构是实现更为优异高温性能的有效途径之一。这种新型材料也被称为耐热钛基复合材料,其使用温度较传统钛合金可提高50～200℃,受到广泛关注。本文针对耐热钛基复合材料的研制,从复合构型设计及制备、近净成形加工技术（增材制造、精密铸造、等温超塑性成形）及高温力学性能等方面,全面综述了以上研究进展及应用现状,并提出该材料目前存在问题以及未来发展方向。