稀土改性高强铝微桁架激光增材制造工艺调控

微桁架夹芯板点阵轻量化结构在航空航天领域有重要应用,选区激光熔化（SLM）增材制造技术可克服传统工艺局限性,高质量一体化成形复杂点阵结构。以稀土Sc改性高强Al-Mg合金为对象,采用SLM工艺对其进行工艺优化试验,并基于优化结果对微桁架夹芯板开展一体化成形工艺调控研究。研究结果表明：SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金表面质量、冶金缺陷等随激光参数发生显著变化,在激光功率400 W、扫描速度800 mm/s的条件下获得较高表面质量（粗糙度为13.2 μm）及致密度（相对密度为99.5%）。当扫描速度较低时试件熔池底部形成一次Al₃Sc析出相,而当扫描速度过高时因凝固速度过快析出相减少,导致试件显微硬度降低。在优化工艺区间内,随激光扫描速度增加SLM成形Al-Mg-Sc-Zr微桁架夹芯板粘粉比例下降,构件质量随之减轻;水平方向构件尺寸精度、桁架微杆成形精度均随扫描速度增加而增加。     

钛合金电弧增材制造技术研究现状及发展趋势

电弧增材制造技术作为增材制造的一个重要分支,在最近几年取得了显著的进展。文中简要介绍了增材制造技术的分类及各自特点,综述了钛合金电弧增材制造技术的研究现状,重点从钛合金成形零件的宏观和微观组织结构、制件显微组织控制方法两方面分析研究新进展,探讨了钛合金电弧增材制造技术发展所面临的技术问题以及需要重点考虑的发展方向。     

增材制造600℃高温钛合金研究进展

先进航空发动机高压压气机550～600℃环境使用的关键/重要件对600℃高温钛合金提出迫切需求。但是,难成形的复杂构件以及梯度/复合结构与功能一体化构件等的制造,采用传统铸造、锻造等工艺技术难以满足需求和研发要求。增材制造是先进制造技术的典型代表,拥有材料设计-制造一体化、复杂设计-定制一体化等独特优势,为600℃高温钛合金新材料/新技术研发提供了新的途径。目前国内外已开始关注通过增材制造的方式制备600℃高温钛合金,重点研究材料-工艺-组织-性能的关系。本文首先简要回顾600℃高温钛合金研究,其次重点介绍不同增材制造工艺下600℃高温钛合金沉积态和后处理态的微观组织特点;在综合性能研究方面,列举并分析拉伸性能、蠕变性能、热疲劳性能和抗氧化性能等关键性能;在复杂设计/复合结构章节,论述以600℃高温钛合金为基体的复合材料和梯度结构增材制造的研究进展。最后,对增材制造600℃高温钛合金材料开发、复合工艺探索、缺陷控制和性能评价标准建立等研究方向进行展望。     

国外增材制造技术标准分析

简要介绍了国外增材制造标准的发展现状。对比分析了国外已颁布的增材制造技术产品标准的适用范围,工艺特点,产品的组织、性能和内部质量要求,质量控制流程及要求等。提出了发展我国增材制造技术标准的建议。     

氩弧焊修复对激光增材制造TC18钛合金力学性能影响研究

本文对不同修复量激光增材制造TC18钛合金试件进行室温拉伸、冲击和断裂韧性的试验,并与未包含修复区的激光增材制造基材母板、过渡区进行力学性能对比分析。研究结果表明,随着氩弧焊对激光增材制造件修复量的增大,室温拉伸强度无明显变化,塑性略有降低;修复件的室温断裂韧度KIC平均值与基材相当,裂纹预制在修复区和过渡区的断裂韧性平均值相当;修复后塑性、疲劳寿命降低明显。氩弧焊修复激光增材制造工艺应在小修复量、低应力水平下限制使用。     

激光增材制造钛合金构件的化学抛光工艺研究

采用HNO3-HF抛光液对激光选区熔化钛合金制件进行化学抛光,以试样表面粗糙度、减薄及失重变化为指标探究了抛光过程中不同温度和时间对钛合金增材制件抛光效果的影响。通过电化学测量、拉伸试验、残余应力测试等方法对比分析了化学抛光前后钛合金试样的电化学和力学性能。结果表明在温度30℃、反应时间10min下抛光钛合金可以取得较理想的抛光效果,试样表面粗糙度减小、耐腐蚀性能提高。化学抛光后钛合金的强度出现小幅下降,内部原有的残余应力由拉应力转变为压应力。     

增材制造技术国内外研究现状与展望

以航空航天结构制造领域为背景,介绍了目前较为成熟并具有一定范围应用的增材制造技术,包括激光增材制造、电子束增材制造和丝材电弧增材制造等,阐述和对比了该技术的研究现状和技术特点。研究表明与传统加工生产方式相比较,增材制造技术生产方式具有明显的经济性。     

激光增材制造高强高韧TC11钛合金力学性能及航空主承力结构应用分析

随着损伤容限设计理念发展和轻量化要求提高,高强高韧钛合金逐渐成为航空装备关键主承力构件主要结构材料。激光增材制造制备钛合金大型主承力构件具有数字化、短周期、低成本等技术优势,特别是激光增材制造过程超常固态相变动力学条件为制备高强高韧钛合金提供了新的机会。本文根据航空主承力结构选材性能要求,对激光增材制造TC11钛合金静强度、疲劳和损伤容限特性进行测试与分析,在此基础上对其在航空主承力结构的应用前景进行分析。结果表明,激光增材制造TC11钛合金力学性能具有显著的高强高韧和低屈强比特征,其疲劳缺口敏感性和裂纹扩展速率低,性能分散性小,综合性能满足航空主承力结构选材要求。与目前航空主承力结构广泛应用的TC4-DT损伤容限型钛合金相比,激光增材制造TC11高强高韧钛合金损伤容限特性相当、疲劳性能有所改善、许用应力提高23%,结构具有进一步减重优势。激光增材制造TC11钛合金优异的强韧性匹配在提高结构许用应力的同时可避免大厚度结构发生脆性断裂,其低疲劳缺口敏感性和优异的疲劳裂纹扩展特性对于结构服役安全具有重要意义。     

不同热处理工艺下激光增材制造TC4钛合金组织与性能研究进展

由于激光增材制造(Laser Additive Manufacturing,LAM)TC4钛合金加工成形过程的特殊性,导致该合金在力学性能上存在明显的各向异性,同时韧性、疲劳性能不能很好地满足使用要求。从材料组织与力学性能之间的关系出发,介绍了不同热处理工艺对激光增材制造TC4钛合金组织与力学性能的影响,指出了当前激光增材制造TC4钛合金热处理研究中存在的问题,并为后续激光增材制造TC4钛合金的热处理研究提供思路与方向。     

激光摆动对增材制造钛合金微观组织的影响行为研究

以激光熔丝增材制造为基础,结合激光摆动焊接技术,创新性地提出一种激光摆动熔丝增材制造新工艺。首先在无激光摆动的条件下对激光功率P、送丝速度Vs、打印速度Vp进行工艺调控,在圆形摆动下调试合适的摆动频率f、摆动幅度A和搭接率η。对TC4钛合金进行单道试验,通过对比发现,当P=2500 W、V_s=3 m/min、V_p=2.5 m/min、f=300 Hz、A=1 mm、η=50%时沉积成形质量较好。基于单道试验,进行了多道多层打印,利用XRD、TEM、SEM、EBSD对沉积态和退火之后的组织和相进行分析。结果表明,单道打印与多层多道打印下,显微组织主要呈现为细长的针状马氏体α′和初始柱状β晶粒;同时,β晶粒呈现不规则形状,生长取向发生明显变化,α′尺寸细小,组织排布紧密,为典型的魏氏组织。经过再结晶退火(800℃/2 h,炉冷)之后,出现α相晶界,并且α相有长大趋势。     

钛及钛合金阳极氧化

钛及钛合金氧化膜的厚度、颜色因氧化溶液成份及工艺条件的不同而有所差异,可根据钛及钛合金零件的使用需要进行选择。     

形状记忆合金薄板低速冲击载荷下热力耦合行为分析

进行形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)薄板不同冲击能量条件下低速冲击实验,以SMA 热力学本构模型为理论基础,通过数值手段对超弹性SMA 薄板的冲击响应进行仿真分析,探究冲击载荷作用下SMA 热力耦合行为特征。结果表明:数值仿真结果与实验数据吻合良好,有效表征了SMA 薄板冲击过程中的变形、相变、耗散、温变等热力耦合行为特征。     

不同冲击角度外物损伤对TC4钛合金高循环疲劳强度的影响

基于空气炮冲击试验装置在不同冲击角度下进行了TC4钛合金平板试件的外物损伤模拟试验,采用逐级加载试验方法测试获得了光滑和冲击损伤试件的高循环疲劳(high cycle fatigue,HCF)强度,研究了冲击角度、冲击位置以及冲击损伤宏观几何尺寸与HCF强度的关系.结果表明:不同冲击角度下的损伤对HCF强度的影响程度不同.冲击损伤在试件边缘时,30°冲击使试件HCF强度的下降幅度最大;冲击损伤在试件表面时,60°冲击使试件HCF强度的下降幅度最大.试件边缘产生的缺口使HCF强度的下降幅度一般大于试件表面产生弹坑的影响.但在60°冲击时,冲击缺口损伤的影响要小于冲击弹坑损伤的影响.冲击损伤宏观几何尺寸一定程度上可以表征损伤试件HCF强度下降的严重程度.      

TC21钛合金稀土渗硼强化表面组织及性能

采用单体硼为供硼剂对TC21钛合金表面进行稀土催化表面强化热处理,对渗硼层组织形貌、硬度、磨痕形貌和磨损率进行了研究。结果表明单体硼渗剂中CeO2配比为7wt%左右的渗硼层连续致密,耐磨性较好;温度对于表层TiB2的厚度影响较大,提高温度可显著增大渗硼层厚度,随着保温时间的延长,表层TiB2层逐渐增厚并且更为连续,时间超过一定值后渗硼层厚度增加缓慢;渗硼层表层硬度随渗硼温度提高显著增大,随保温时间延长增加缓慢,渗硼温度在1 000℃时渗硼层近表层硬度可达3 200HV0.01左右,高硬度区域厚度可达20μm以上;TC21钛合金渗硼层表现出了良好的摩擦磨损性能,渗硼试样的比磨损率比未渗硼试样低50~60倍。     

高低频复合振动钻削CFRP/钛合金叠层结构试验

针对碳纤维增强复合材料（CFRP）和钛合金叠层结构在传统钻削过程中切削温度高、加工质量差等问题,基于低频振动钻削和高频（超声）振动钻削的优势,提出了高低频复合振动钻削的加工方法。采用自主研制的高低频复合振动钻削装置,对CFRP/钛合金叠层结构进行了制孔试验,对比研究了普通钻削、超声钻削、低频振动钻削和高低频复合振动钻削4种方式下的切削力、钛合金切屑形貌、切削温度和CFRP孔加工质量。结果表明：4种加工方式中,高低频复合振动钻削的轴向力波动相对较大,切削温度显著降低,产生的钛合金切屑呈不连续扇形且整体尺寸最小,CFRP孔出入口及孔壁的损伤程度最低,显著提高了加工质量,为复合材料叠层结构一体化制孔加工提供了指导意义。