钛合金TC4的超硬磨料柔性抛光轮数控抛光试验研究

航空发动机叶片钛合金材料在数控磨抛加工中容易发生烧伤及黏附现象,针对常用的TC4材料开展了超硬磨料柔性抛光轮数控抛光试验研究。分析了超硬磨料柔性抛光轮抛光参数中转速、进给速度、预压量及行距对抛光去除深度及抛光后试件表面粗糙度的影响规律并通过正交试验分析了各抛光参数影响的主次关系。确认了钛合金试件抛光表面黏附物质成分,并同时分析了表面黏附物的形成原理。给出了TC4钛合金材料在超硬磨料柔性抛光轮数控抛光过程中工艺参数的选择策略,为TC4材料的航空发动机叶片和整体叶盘在超硬磨料柔性抛光轮数控抛光过程中提供理论依据和技术基础。     

TC4钛合金压气机工作叶片榫头拉削加工

一、概述在涡轮风扇发动机的研制中,TC4钛合金高压压气机工作叶片的榫头加工是一项关键工艺。钛合金具有高的摩擦系数和低的导热率,所以容易产生高温(比切削45钢高一倍以上),且不易散出。刀具磨损主要是高温引起的。另外,钛合金高的化学活泼性,在高温下与刀具材料亲和力强,也加剧了刀具磨损。从加工精度看,由于钛合金比重小,强度高,加工时容易产生弹性变形并引起振动,致使不易达到尺寸精度要求。因此,加工钛合金时必须加强系     

燃气轮机发生器转子叶片加工工艺

一、某型发生器三种转子叶片简介 我公司试制的三种叶片是钛合金材料,相当于国产钛合金TC4。美方规定加工中不允许磨削,叶身要求喷玻璃丸,叶根喷钢丸。叶片的叶根结构较复杂,精度要求高。图1为1.3级叶片的简略视图。叶片加工特点如下:     

钛合金叶片超深圆孔的加工

某新型航空发动机一级整流叶片的材料为钛合金TC4,模锻毛坯,d=3.2～3.5mm。在机械加工时需要沿叶片轴向加工出一个直径为8_0~(+0.2)mm,深为226mm,表面粗糙度Ra3.2μm,垂直度0.3mm的贯通圆孔(图1)。 圆孔的深径比为28,属于超深圆孔,而钛合金机械加工性能又差,所以在这种叶片上加工超深圆孔很困难。经过努力,依靠现有生产条件,采用钻、扩和研磨的方法,共加工80件,满足了设计要求。现将有关夹具设计、钻头结构及材料、切削要求介绍如下。     

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。     

钛合金宽弦空心风扇叶片高温弯扭成形及性能调控研究

利用UTM 5504X电子万能试验机对TC4钛合金在变形温度650～850℃和应变速率10^–3～1 s^–1条件下进行高温拉伸试验,研究了TC4钛合金热变形行为,建立了修正的Misiolek硬化方程,可以准确预测该材料在不同变形条件下的流动应力。同时构建TC4钛合金空心叶片的高温弯扭成形有限元模型,结合有限元仿真研究结果确定空心风扇叶片弯扭成形的最佳工艺参数为扭转成形温度750℃、扭转成形截面550 mm和扭转角速度1.938°/min。结合微观组织试验观察发现,高温变形条件下α相含量减少,β相含量持续升高,材料具备较高的延伸率和塑性成形性能。最终通过弯扭成形制备的空心叶片的叶身整体过渡圆滑、无表面缺陷,成形质量良好,研究结果可为TC4钛合金宽弦空心风扇叶片批量化制造生产提供指导性意见。     

航空发动机叶片三维强化抛光技术

针对我国航空涡轮发动机钛合金叶片强化抛光的现状,通过理论建模动力学分析计算,设计并试制出无导轨支承的三维振动强化抛光设备。三维振动强化抛光是一种新的强化抛光加工技术,通过试验证明,该技术解决了航空涡轮发动机钛合金叶片强化抛光的加工难点。     

钛合金风扇叶片磨抛加工性能试验研究

针对钛合金风扇叶片磨抛加工中砂轮易磨损、工件表面易烧伤的问题,开展了钛合金材料磨抛加工性试验研究,主要考察砂轮选型、磨抛工艺参数等关键因素对钛合金材料磨抛加工性的影响,并对试验结果进行了分析研究。试验结果表明,在保证工件表面加工质量(R_a0.8μm,表面无烧伤)的前提下,普通磨料砂轮GC46L10V磨抛加工钛合金的材料去除率和磨抛比分别可达5000mm~3/min和2.5,超硬磨料陶瓷结合剂CBN砂轮磨抛加工钛合金的材料去除率和磨抛比分别可达2000mm~3/min和4。基于研究结果,针对钛合金风扇叶片开展了砂带磨抛加工验证试验,工件加工质量良好。     

TC4钛合金纵弯超声振动铣削装置及其加工性能研究

TC4钛合金因其优异的综合机械性能在航空、航天工业中得到了广泛应用,但其高塑性和低导热系数引起的刀具–切屑黏附是制约其铣削加工性能提升的一个关键因素.针对TC4钛合金铣削加工性能提升的需求,提出了一种基于刀具纵弯复合超声振动辅助铣削的加工方式,通过控制刀具纵弯复合超声振动的幅值和相位实现可控的间歇式切削,降低刀具–切屑...     

新型TC21钛合金高速铣削加工中的刀具磨损研究

钛合金是航空航天工业中典型难加工材料,因其导热系数小,化学活性高,摩擦系数大,导致加工时,刀具磨损严重,严重影响了钛合金的加工效率和加工质量[1].因此,研究刀具的磨损机理,防止刀具过早、过多磨损,以便延长刀具的使用寿命显得非常重要. TC21钛合金是我国具有独立自主知识产权的第一个高强高韧损伤容限型钛合金[2],目前,国内同行仅对材料的物理、化学和力学性能进行了初步研究,在机械加工领域尤其是高速铣削[3]的研究还是一片空白.在实际加工中没有成熟的理论根据,只能不断摸索,总结优化.     

激光选区熔化TC4合金在HF–H2O2体系的化学抛光研究

采用HF–H₂O₂溶液对激光选区熔化TC4合金进行化学抛光。以抛光前、后试样表面的形貌、粗糙度、光泽度、失重和减薄率为指标,探究抛光时间、H₂O₂浓度对样品表面抛光效果的影响。结果表明,随抛光时间增加,粗糙度逐渐降低,光泽度、失重率和减薄率逐渐提高;随H₂O₂浓度增大,粗糙度先降低后增大,光泽度、失重率和减薄率则先提高后降低。其中,在HF/H₂O₂体积比1:5、时间8 min时,钛合金表面的抛光效果较好,试样表面粘附的粉末完全去除,表面粗糙度Ra达到(3.5±0.3)μm、表面光泽度达到(80.3±0.7)GU,相对于打印态表面(Ra(13.3±0.8)μm、光泽度(0.9±0.3)GU)显著提升。同时也探讨了钛合金在HF–H₂O₂体系的化学抛光机理。     

起落架大型承力构件钛合金TC18高效粗加工铣削技术

在简要分析了钛合金TC18材料可加工性差、加工效率低下的基础上,结合飞机起落架大型承力构件的加工特点,对钛合金TC18高效粗加工技术进行了深入研究。通过对粗加工中铣削方式的探究——如何根据机床刚性合理采用强力铣削、大进给铣削的加工方式,大型锻件在编程时的注意事项,以及合理的刀具应用等,实现了TC18大型承力构件的高效铣削粗加工,达到了高的金属去除率。     

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。     

钛合金轮盘切削加工

某发动机的风扇一、二、三级盘和高压压气机一～六级轮盘以及鼓筒都采用TC4(Ti6Al-4V)钛合金材料。我们在研制过程中共生产了约70多件轮盘和鼓筒。通过实践,认为钛合金的切削加工要比一般合金钢困难,但比高温合金容易。一、TC4钛合金轮盘毛料状态与技术条件 1.轮盘毛料为锻件,呈退火状态。热处理规范:加温800℃,保温1～3小时,空冷。 2.锻件的化学成分(见表1)     

化学方法除钛合金污染层

部分采用钛合金材料的某型发动机为了改进性能,压气机2、3级转子叶片。改用TC6钛合金,4、5、6级转子叶片改用TC9钛合金。但是,钛合金的机械加工比较困难,尤其是在热处理过程中因高温氧化形成的污染层,质地坚硬很难切削。在970℃挤压出来的TC9钛合金叶片污染层厚度在0.12～0.15毫米左右;在950℃挤压出来的TC6钛合金叶片污染层厚度在0.22～0.25毫米左右。测定这些钛合金污染层的最外层显微硬度相当于HRC59左     

异钛合金蜂窝结构钎焊工艺研究

针对钛合金薄壁结构的钎焊制造技术,通过研究在钎料作用和不同钎焊温度下基体材料的微观组织、相变点、刚度和屈服强度的变化发现,钎料元素扩散导致TC1材料相变点降低,在875℃发生α+β→β相转变,而TC4钛合金直至905℃尚未发生α+β→β相转变.在875℃下,随着保温时间延长,TC4材料的晶粒尺寸有所长大,导致刚度和屈服强度明显下降.当钎焊温度为875℃,保温时间不大于60min时,TC4钛合金板材的刚度和屈服强度不低于原始材料的86％.确定出TC4/TC1钛合金异质钎焊工艺范围为865～875℃、保温30～60min.研究结果为钛合金蜂窝结构的钎焊制造技术提供理论依据和参考.     

TC4钛合金侧铣加工表面形貌分析及工艺参数优化

TC4钛合金是 1种典型的不易加工材料,其切削加工表面质量很难控制。为实现面向侧铣加工表面形貌的切削工艺参数优选,开展了 TC4钛合金侧铣加工实验研究。首先,探究了加工表面微观缺陷特征及其形成机制;然后,采用粗糙度参数 Ra和 Sa对铣削表面形貌进行定量表征,并分析了切削速度、进给量和切削深度对表面粗糙度参数的影响;最后,基于遗传算法(Genetic Algorithm,GA)对铣削工艺参数进行了优化。研究发现,加工表面微观缺陷主要有进给刀痕等固有缺陷和黏附颗粒等随机缺陷。铣削表面粗糙度随主轴转速的增大先减小后增大;随径向切深的增大先增大后减小;随进给量先增大后减小。在主轴转速 n = 1 093 r/min、径向切深 ae = 0.2 mm、每转进给量 f = 0.06 mm/r的条件下可以获得较小的表面粗糙度。     

TC9钛合金的双重退火与形变热处理

我厂部份叶片用TC9钛合金制造。模锻(包括顶锻、预锻、终锻和最终成形)毛坯经过双重退火,其目的是消除模锻应力,改善合金的组织并获得要求的机械性能。存在的主要问题是钛合金叶片的热处理变形。为解决变形问题,曾使用冷校正,但是冷校正叶片在电解加工叶身型面时,又发生超差变形,而且大叶片冷校正不了。又使用形变热处理经过三次小批生产,结果满意,使变形问题得到基本解决,从而提高了叶片热处理质量。一、热处理工艺双重退火分高温退火和低温退火。由于钛的化学活泼性很高,在高温中能和多种元素发生反应而受到污染,为减少钛合金的污染在高     

超声磨料对TC4钛合金电火花加工表面质量的影响

为改善TC4钛合金电火花加工表面质量,减少表面微裂纹、重熔层等表面缺陷,提出了基于电极振动的超声磨料电火花复合加工方法。在煤油工作液中混入12g/L的SiC磨料粉,进行了有无超声磨料作用的窄脉冲(脉宽小于1μs)电火花加工的表面粗糙度对比实验研究。实验结果表明:SiC磨料的超声振动作用使零件表面粗糙度Ra由0.5μm降到0.2μm左右;重熔层厚度、表面裂纹的扫描电子显微镜(SEM)照片显示,超声磨料作用使重熔层厚度减薄20～30μm,表面微裂纹得到有效控制;机理分析认为工作液高频振动及磨料对工件的冲击作用,是改善TC4钛合金电火花加工表面质量的主要原因。研究表明磨料的超声振动作用可显著改善TC4钛合金电火花加工的表面质量。     

TC1和TC4钛合金腐蚀加工溶解行为研究

测试了TC1和TC4钛合金在氢氟酸-硝酸溶液中腐蚀加工的E-t曲线和极化曲线,分析了腐蚀加工过程的速率变化,观察了腐蚀加工形貌。在氢氟酸-硝酸腐蚀加工液中,极化曲线呈现活化-钝化特征,氢氟酸浓度较高时,硝酸浓度增大到一定值后,极化曲线呈现自钝化倾向。钝化膜的生成速率和厚度由氢氟酸和硝酸体积比决定,氢氟酸和硝酸体积比为1∶2时,腐蚀加工速率最大。腐蚀加工初期钛合金表面氧化膜被破坏,自腐蚀电位迅速变负,加工速率较大,继续加工,硝酸使钛合金表面发生钝化,导致速率降低,钝化膜的生成和破坏同时进行,当钝化膜的生成与基体溶解达到动态平衡时,自腐蚀电位和加工速率趋于稳定。TC1和TC4钛合金中的Ti和Al优先溶解,随着硝酸浓度的增加,钛合金表面微观凹坑变浅。