表面处理工艺对TB8钛合金与复合材料胶接性能的影响

为了研究不同表面处理工艺对TB8钛合金与复合材料胶接性能的影响,采用激光毛化、Na OH阳极氧化两种表面处理工艺在不同参数下对TB8钛合金进行表面处理,并分析其表面形貌;然后将表面处理后的TB8钛合金试样与复合材料胶接,采用90°剥离试验进行剥离强度对比研究。结果表明:激光毛化和Na OH阳极氧化均可提高TB8钛合金与复合材料的胶接剥离强度;经过60A-1ms-3Hz-270mm/min激光毛化后TB8钛合金与复合材料的胶接剥离强度最高达到4.20N/cm;经过10V-20min Na OH阳极氧化后TB8钛合金与复合材料的胶接剥离强度最高达到5.99 N/cm。     

阳极氧化膜厚度对TB8钛合金表面特性及其粘结性能的影响

采用以酒石酸钠为主盐的电解体系对TB8钛合金进行阳极氧化,研究阳极氧化膜厚度对TB8钛合金表面特性及其与环氧树脂粘结性能的影响。采用SEM、XRD和EDS分析了阳极氧化膜的微观形貌和晶体结构,采用角接触测量仪和三维视频显微镜分别对阳极氧化膜的表面润湿性和粗糙度进行测量。研究了不同厚度TB8钛合金阳极氧化膜的粘结性能与表面形貌、相组成、润湿性及粗糙度的关系。结果表明:采用以酒石酸钠为主盐的电解体系对TB8钛合金进行阳极氧化处理,氧化时间为15 min,电压为1~30 V时,能够在钛合金表面形成一层1~4μm厚的阳极氧化膜;氧化膜主要由金红石型和锐钛型TiO₂混合晶体组成,其表面具有微纳多孔的粗糙结构;随着厚度的增加,阳极氧化膜对水的润湿性能逐渐增强。当氧化膜厚度为3μm时,可获得最大粘结强度为19.6 MPa,相对于母材提高了88.5%,同时,水接触角为43.2°,相对于其母材减少了56.1%;粗糙度为2.14μm,相对于母材提高了137.8%。     

TA15、TB6钛合金切削加工用量和刀具的选择

本文提出的TA15、TB6钛合金切削加工用量及刀具的选择方法,在TA15、TB6钛合金零件研制过程中得到了验证,为今后进一步开展其他钛合金切削加工的研究提供了参考与借鉴     

TB17钛合金等温时效析出行为

采用X射线衍射( XRD)、透射电子显微镜( TEM)、光学显微镜( OM)等对新型超高强韧 TB17钛合金次生α相转变动力学进行研究。实验结果表明,该合金经β相区固溶,520℃不同保温时间时效后,片层次生α相在β相基体上析出、形核、长大,并且与基体具有柏氏共格关系。短时时效后次生α相呈针状,随着保温时间延长,次生α相粗化呈短棒状。析出相含量对TB17钛合金强化具有重要影响,TB17钛合金在完全析出过程中,次生α相含量增加,时效硬化作用增加。 TB17钛合金次生α相等温相变动力学采用 JMAK方程进行描述。     

模拟环境下TB12阻燃钛合金燃烧特征与应用设计

采用摩擦试验方法在模拟航空发动机压气机环境下对TB12阻燃钛合金的起燃和扩散燃烧等特性进行了研究。结果表明,TB12阻燃钛合金在摩擦生热作用下会发生燃烧,表现为转静子试验件初始碰磨会引发突然燃烧,局部燃烧烧损使得试验件的高度尺寸减小,但其对扩散燃烧不敏感,燃烧快速停止,未发生类似与TC4钛合金的持续扩散燃烧现象。TB12阻燃钛合金燃烧产物具有较强的黏附性能、较高的强度、润滑功能和导热系数低的特点,黏附在试验件表面可降低摩擦生热量,阻止摩擦热向基体传导,减少了转静子试验件再次引发燃烧的可能性。根据TB12阻燃钛合金燃烧特点,在航空发动机中设计应用于压气机静子叶片,初始碰磨引发TB12阻燃钛合金叶片局部烧损后快速停止,形成的燃烧产物将阻止静子叶片与转子鼓筒直接碰磨,可降低因鼓筒失稳鼓包以及鼓包与悬臂静子叶片碰磨导致航空发动机钛火这一故障风险。     

TB5钛合金薄板微观组织与弯曲性能关系研究

TB5钛合金板材具有优良的冷成形性能,适于成形中等复杂的航空航天用板材零件,但存在板材定形性差、成形后回弹大等问题。本文以TB5钛合金板材的冷成形为背景,探讨了TB5钛合金板材组织在弯曲变形过程中的变形行为及其微结构和成形性能的演变规律。结果表明,随着板材弯曲角度的增大或弯曲半径的减小,板材弯曲回弹角与中心变形处晶粒面积和晶粒横纵比正相关;板材中心变形处硬度和中心变形处晶粒面积正相关,与中心变形处晶粒横纵比负相关。     

TB5钛合金脉冲阳极氧化膜电偶腐蚀性能研究

通过脉冲阳极氧化技术在TB5钛合金表面制备一种抗电偶腐蚀的氧化膜,采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪分析了钛合金阳极氧化膜的组织形貌和晶体结构,测量了TB5钛合金与钢及铝合金间的电偶腐蚀性能,并采用电化学的方法探讨了钛合金阳极氧化膜的抗电偶腐蚀的机理。结果表明,该氧化膜为厚度约为2~3μm的多孔结构膜,由锐钛型Ti O2晶体和无定型的Ti O2混合组成;电化学分析显示,钛合金阳极氧化后反应电阻增大导致电偶腐蚀电流密度降低;因此,对钛合金进行脉冲阳极氧化处理可以有效降低钛合金电偶触腐蚀敏感性。     

新型钛合金TB8的应用研究

TB8钛合金是我国“九五”期间研制的新型亚稳β型钛合金，其名义成分为Ti-15MO-3Al-2.7Nb-0.25,可通过时效获得较宽的强度范围，是一种理想的航空结构材料。此次课题采用该材料代替30CrMnSiA结构钢钢制造某机后机身承力框65框上框段三个锻件结构件焊接组合件（实现减重15%-20%），大大提高了飞机的结构效益。     

TB2钛合金电化学机械抛光试验研究

航天器用星箭连接带的材料为TB2钛合金,对表面质量要求严格。提出电化学–电化学机械组合抛光TB2钛合金的方法,通过机械作用控制表面TiCl4黏性层厚度,设计了固结磨料工具阴极,搭建了电化学机械抛光试验系统。开展了不同组合形式的电化学–电化学机械组合抛光优选试验,研究了电压、工具转速、进给速度等工艺参数对组合抛光后表面质量的影响,最后,在电压25 V、工具阴极转速100 r/min、工具阴极进给速度30 mm/min,电化学抛光1次+电化学机械抛光1次组合形式交替加工15次的条件下,获得了表面粗糙度Ra0.031μm、Sa0.082μm的表面。实现了TB2钛合金薄板零件的连续抛光。     

基于试件疲劳寿命的内R成型铣刀铣削圆角参数优化

在研究利用内R成型铣刀加工孔口圆角工艺方法的基础上,针对TB6高强度钛合金材料,设计并开展了基于铣削参数的正交疲劳性能测试试验,分析了内R成型铣刀的最大切削线速度vc、每齿进给量fz和切削深度ap对试件疲劳寿命的影响规律,得到对TB6钛合金材料疲劳极限影响最大的铣削参数是每齿进给量,其次是切削深度和线速度。基于试件的疲劳寿命测试数据对铣削参数进行优化,得到使TB6试件疲劳极限最高的铣削参数为vc=20m/min,fz=0.04～0.08mm/z,ap=0.1mm。     

SiCf/TB8复合材料的制备及其热物理性能研究

通过对SiCf/TB8复合材料制备工艺参数的优化,得到最佳工艺参数为830℃/120MPa/2h.对SiCf/TB8复合材料的热物理性能进行了测定,SiCf/TB8复合材料的热膨胀和热导性能高于TB8基体,随着热处理时间的延长,SiCf/TB8复合材料的热物理性能表现出良好的稳定性.     

钛合金在飞行器中的作用

介绍国内50多年以来,发展比较成熟和使用性能稳定可靠的一些钛合金,可供设计人员选用。同镍基高温合金和不锈钢相比,钛合金的组织比较复杂,对制造工艺比较敏感,这也是在制造钛合金零部件时,必需注意的问题。本文介绍和推荐了高强钛合金TC18、TC21和TB6的一些基本性能,高温钛合金则介绍和推荐了TC25、TC11、TC6、TC4、TA19和TA15合金,与国外的Ti-100、IMI834、BT18Y、BT25Y和BT36等高温钛合金相比,TC25和TA15合金综合性能较好,加工制造工艺比较简单,成本低,更适合在国内推广应用。同时也对钛合金的发展趋势作了一些说明。     

钛合金TB6铣削参数对表面完整性的影响研究

通过TB6钛合金的侧铣加工试验,研究了工艺参数对钛合金加工表面完整性的影响规律.试验结果表明:每齿进给量的变化对加工表面形貌和粗糙度的影响最大;增大每齿进给量和铣削宽度,表面残余压应力有所增大,残余应力影响层变深,材料的硬化深度和硬化程度也有所增大;每齿进给量和铣削宽度的变化对塑性变形层的深度影响较小.     

二次孔挤压强化对TB6钛合金疲劳性能的影响

为了提高TB6钛合金耳片孔的疲劳抗力,研究二次孔挤压强化对TB6钛合金耳片孔试样疲劳寿命的影响,采用扫描电镜、粗糙度仪、X射线衍射仪、显微硬度计及金相显微镜等仪器对孔壁表面完整性进行分析,探讨二次孔挤压强化对疲劳寿命的增益机制。结果表明:相比过盈配合试样,二次孔挤压强化耳片孔试样的轴向拉伸疲劳寿命显著提高;经二次孔挤压强化后,孔壁表面完整性得到了显著改善;孔壁表面粗糙度显著下降;表层晶粒组织发生了明显的塑性变形;显微硬度显著提高;形成了较深的残余压应力场和组织强化层;孔壁表面完整性的改善对微动疲劳寿命的增益具有重要作用。     

钛合金TB6铣削表面粗糙度与表面缺陷研究

钛合金TB6铣削表面粗糙度对其使用性能具有重要影响,通过试验研究端面铣削参数、干铣削和刀具磨损对表面粗糙度及表面缺陷的影响。研究表明:表面粗糙度对每齿进给量变化最为敏感,其次是铣削宽度,再次为铣削深度,铣削速度最小;刀具磨损量(VB)对粗糙度产生明显影响,尤其VB大于0.2mm时,表面粗糙度将急剧增加,并导致划痕、孔洞缺陷;不同铣削条件下均存刀痕、侧流、隆起等缺陷;干铣削时加工表面出现熔敷物或熔滴,并增大毛刺;毛刺随切削速度的增大而变小,随刀具磨损量VB的增加而变大。钛合金TB6适宜在冷却润滑条件下低速铣削加工。     

TB17钛合金高温压缩变形行为

通过Gleeble 3800热模拟试验机对TB17钛合金在变形温度860～980℃、应变速率为0.001～1 s~(-1)、最大变形量为70%下高温变形行为进行研究。通过材料参数与真应变之间的关系,利用Arrhenious本构方程关系式和Z参数建立流变应力和变形温度、应变速率和真应变三者之间的本构关系,并对组织进行分析。结果表明:TB17钛合金在应变速率为0.001～0.01 s~(-1)、变形温度为890～980℃下更容易发生连续动态再结晶,而在应变速率为0.1～1 s~(-1)下主要发生不连续动态再结晶;误差分析结果显示计算值与实测值平均相对误差为6%,说明建立的本构关系模型具有较高的准确度。     

基于单元切削过程利润率模型的TB6铣刀筛选

对典型难加工钛合金TB6材料的铣削刀具进行筛选试验,利用基于单元切削过程利润率模型的刀具切削性评价方法进行评价,通过测量并拟合后刀面磨损曲线得到刀具耐用度的大小,分别计算刀具的利润率数值,筛选出了一种最适合于TB6铣削的刀具,与工厂之前使用的刀具相比,利润率提高了200%以上,并得到了利润率与耐用度、切除率之间的相互关系,为刀具切削性评价提供了一种新思路。。     

TB2钛合金扩散焊接头强度的影响因素

利用Gleeble-1500型热/力模拟试验机对TB2钛合金在无中间夹层情况下，在不同焊接温度、保温时间、焊接压力条件下进行扩散焊实验，利用金相分析、SEM手段分析了扩散焊接头情况，通过剪切实验，得到了不同实验条件下的扩散焊接头的剪切强度，并对其进行了分析。结果表明，TB2合金扩散焊最佳工艺参数为：扩散焊温度850℃；保温时间30min；连接压力5MPa。接头的最高剪切强度为845MPa。     

TB6钛合金铣削表面完整性试验研究

通过选取3个系列的参数,研究了铣削参数对TB6钛合金铣削表面完整性(表面粗糙度、加工硬化和残余应力)的影响,得出结论:线速度在低于40m/min或高于100m/min时均可得到较低的粗糙度值;进给量是影响粗糙度的主要因素,随着每齿进给量fz由0.04mm/z逐渐上升到0.12mm/z的过程中,粗糙度Ra持续上升,最后达到了0.45μm。随着线速度的增大,硬化率呈逐步下降趋势,而硬化层深度则先保持基本平稳,然后下降的趋势;进给量增大会使硬化程度略微增加;切深的变化对加工硬化影响并不明显。在TB6钛合金铣削过程中,已加工表面均呈现出压应力状态,这说明刀具后刀面与已加工表面的挤光效应对残余应力的产生起主导作用。     

薄型中空电极振动电解切割TB6钛合金

TB6钛合金由于具有优越的性能,广泛地用于航空航天领域。然而从大余量的TB6钛合金锻铸件毛坯加工成复杂结构的零件,其加工效率低,刀具和机床成本高,造成了极大的浪费。为解决这一问题,提出了一种利用薄型中空电极进行快速大余量去除的电解加工(ECM)方法,即将零件与多余材料切割分离,有望较大程度提高加工效率,降低加工成本。为改善电解加工流场特性,提高加工精度,对电极施加振动,并对薄型中空电极的振动切割进行了建模分析和试验研究。试验结果表明,合适的振动幅值和频率(A=0.05mm,f=50Hz)可以使得各处电解液电导率趋于一致,从而提高加工的精度、稳定性和效率。复杂结构件的成功切割证明了薄型中空电极振动电解切割加工技术具有一定的适用性。