钛合金结构损伤容限设计可行性研究

对飞机结构常用金属材料损伤容限特性进行了对比分析,针对TC4和TA15损伤容限特性较差的缺点,研制出两种超低间隙（ELI）钛合金TC4ELI和TA15ELI,并对其进行结构损伤容限设计可行性论证。进行了两种超低间隙钛合金和普通钛合金裂纹扩展寿命、剩余强度和疲劳全寿命对比实验。实验结果表明：具有片层组织的超低间隙钛合金相对于普通成分钛合金断裂韧性和裂纹扩展特性有明显改善,剩余强度和疲劳全寿命相当;应力水平相当时,超低间隙钛合金工程可检裂纹扩展寿命比航空结构中常用铝合金稍长。因此,对于超低间隙钛合金TC4ELI和TA15ELI可以进行损伤容限设计。     

TC4/TA16异种金属焊接接头的断裂机理研究

为了探明TC4/TA16异种钛合金氩弧焊接头的断裂机理,对焊接接头进行了力学测试,同时对不同部位进行了显微组织观察、硬度试验及断裂韧性测试,最后对断口形貌进行了显微观察。结果表明：TC4/TA16异种焊接接头拉伸屈服强度接近TA16母材,抗拉强度和延伸率均低于两母材。断裂模式为塑性断裂,拉伸薄弱环节位于TA16侧热影响区,该区硬度低,晶粒尺寸大。由于热输入不均匀造成焊接接头不同区域不同的组织结构。TC4热影响区为网篮组织。TA16侧热影响区由于导热慢,长时间处于过热区,使晶粒长大,在外力作用下产生畸变。裂纹的扩展途径曲折,需要吸收较大的能力才能扩展,断裂韧性高,断裂韧性断口出现典型深而大的韧窝形貌,为塑性断裂。TC4侧热影响区的断裂韧性差,为缺口断裂的薄弱环节。为了避免破坏,要求在焊接过程中应该合理控制焊接温度和冷却速率,减低缺陷。     

TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构钎焊工艺研究

针对TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构,采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni非晶箔带钎料,研究钎焊温度和保温时间对TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构接头微观组织及力学性能的影响,优化出TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构较优的钎焊工艺为920℃/保温90min和钎料添加量80μm,该工艺参数下钎焊接头的室温拉脱强度平均值最高,可达19.82MPa,破坏部位为TA18钛合金蜂窝芯。     

高温高压处理对TC4钛合金力学性能的影响

在1~5 GPa压力作用下对TC4钛合金进行930℃×20min的热处理,通过力学试验机测试了高温高压处理前后TC4钛合金的硬度、室温和高温抗压强度,结合显微组织分析,探讨了高温高压处理对TC4钛合金力学性能的影响。结果表明:高温高压处理能提高TC4钛合金的硬度、室温和高温抗压强度,在压力1~5 GPa范围内,随着压力的增大,TC4钛合金的硬度和抗压强度变化不大。     

热氧化对TA18钛合金耐腐蚀磨损性能的影响

选用TA18钛合金为材料,在箱式电阻炉中对其进行不同温度热氧化处理。利用光学显微镜(OM)、XRD、维氏硬度计、36%～38%(质量分数)HCl溶液浸泡、摩擦磨损试验机等试验手段考察试样组织形貌、物相、显微硬度、耐蚀耐磨损性。研究结果表明,TA18钛合金热氧化后试样表面形成了氧化层,表层物相主要为金红石型TiO₂,随着热氧化温度升高,氧化层逐渐出现少量Al₂O₃。同时,500～850℃热氧化,随着热氧化温度升高,试样表面硬度逐渐提高,但超过800℃后随温度升高表面硬度反而降低。热氧化可提高TA18钛合金耐腐蚀性和磨损,其中800℃是提高TA18钛合金在36%～38%HCl中耐腐蚀的最佳热氧化温度;700℃是改善TA18钛合金摩擦磨损性能的最佳热氧化温度。     

TC4钛合金冷却过程中组织变化分析

采用金相显微镜、扫描电镜和 HV -50A 维氏硬度分析仪研究了 TC4钛合金自β相区冷却过程中相组成及微观组织变化。结果表明,TC4钛合金冷却过程中发生β→α相变。冷却速率越小,形成α相片层越厚。TC4钛合金经1000℃固溶后,冷却到850~800℃水冷时,析出α相均匀细小,试样硬度出现峰值。随着冷却温度继续降低,试样硬度开始下降。TC4钛合金固溶后在冷却过程中的硬度变化,很可能还与 Ti2AlV（O）相和 Ti2AlV 相的析出、长大有关。     

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。     

涡流电导率法检测飞机结构烧伤的试验研究

基于某烧伤战机的实际检测需要，选用LC4CS及LY12CZ铝合金为试验材料进行烧伤模拟试验，对材料在不同温度下的力学性能与电导率的关系进行了分析。试验结果表明，热处理强化后的铝合金受热损伤之后，强度和电导率随温度不同都有突变现象，二者温度变化区间接近，且电导率的变化稍微超前，因此，用电导率检测法来界定烧伤范围和烧伤程度比硬度检测法更安全。应用结果表明，涡流电导率法可以准确、快速确定飞机结构热损伤的范围和程度，能够为烧伤战机的抢修提供可靠的理论依据，对构件不会造成任何破坏，成本低、效率高，这对于飞机修理厂修理热损伤构件有着广泛的应用前景。     

激光熔化沉积快速成形TC4钛合金的焊接性能

为了探索激光熔化沉积快速成形技术制备TC4钛合金的焊接性能,分别采用电子束焊、激光焊两种方法制备接头试样,并借助金相、硬度试验等方法获得接头力学性能、显微组织及硬度。结果表明:两种焊接方法得到的接头抗拉强度最高达953 MPa,焊接系数均0.9;激光和电子束焊接焊缝为网篮状α'相马氏体组织,热影响区为α相和针状马氏体组织组成。激光熔化沉积快速成形TC4钛合金和传统工艺制造的TC4钛合金在焊接特性方面表现相当。     

TC4钛合金燃烧形貌和机理分析

采用液滴法引燃TC4钛合金试片,利用扫描电镜及能谱仪观察燃烧产物,并分析其燃烧机理。结果表明:钛合金燃烧需要的外部条件高,采用熔融TA1液滴在富氧条件下剧烈燃烧生成的热量引发TC4试片局部燃烧,燃烧剧烈,燃烧时间持续约10 s,但局部燃烧无法引起基体全面燃烧。TC4钛合金燃烧截面具有燃烧瘤状区、燃烧过渡区及燃烧影响区三个典型结构特征;钛合金剧烈燃烧的主要原因是钛合金燃烧放出大量的热,外层瘤状区疏松多孔且不稳定。     

应用涡流电导率检测技术评定铝合金的热损伤

综述了铝合金产品在现代航空工业中的重要作用,举例说明了涡流电导率检测技术在评定铝合金热损伤方面的潜在用途,指出这种检测方法是今后铝合金质量控制的有效手段,特别是在飞机结构件烧伤的检测中有独特的优越性。     

TC11合金燃烧特性初步研究

钛火严重威胁航空发动机用钛安全,开展钛合金燃烧特性研究是发动机合理用钛及采取有效防范措施的基础。通过液滴引燃试验法初步研究了TC11合金的燃烧特性,分析了燃烧的过程特征、试片温度与氧气含量(分压)对启燃的影响及燃烧表面的微观组织。结果表明:在压缩空气/氧气作用下,TA1液滴发生燃烧并将TC11合金试片引燃,燃烧过程中反应剧烈,喷射出大量火花;随着TC11合金试片温度的提高,引燃所需的临界氧气分压逐渐降低;TC11合金试片的烧损表面形成了氧化层,从表面到内部呈现出疏松区、致密区和燃烧影响区三种典型的组织区。     

Precipitation behavior and properties of extruded 7136 aluminum alloy under different aging treatments

In this work, the mechanical properties and electrical conductivity of the extruded 7136 aluminum alloy treated by single-stage aging treatment (T6), retrogression and re-aging treatment (RRA), and multiple retrogression and re-aging treatment have been investigated by means of hardness measurements, electrical conductivity tests and tensile tests. The results have shown that the properties of the 7136 alloy such as hardness, tensile strength and electrical conductivity were sensitive to retrogression time (within 90 min). With prolonging the retrogression time, the tensile strength was enhanced first and then decreased, yet the electrical conductivity was continuously increased. The 60 min-treated alloy performed the highest tensile strength (716 MPa), whereas the 90 min-treated alloy possessed the highest electrical conductivity (33.95%IACS). Compared with the T6-treated alloy, the tensile strength and electrical conductivity were improved by 3.3% and 18.9%, respectively. The electrical conductivity showed an obvious increase with repetitious times of the RRA treatment. After 3RRA60 treatment, a good combination of tensile strength (705 MPa) and electrical conductivity (33.20%IACS) can be obtained. Compared with the T6 condition, the tensile strength and electrical conductivity were improved by 1.7% and 16.3%, respectively. The mechanism of microstructure evolution under different aging treatments has been discussed in detail.     

微量Y对Al-Mg-Si系合金组织性能的影响

在熔炼过程中以铝钇中间合金形式加入稀土Y元素,研究了0～0.45%范围内不同Y加入量对Al-Mg-Si系铝合金铸态组织、导电性能及高温蠕变抗力的影响。结果表明:经过适量稀土Y微处理后的合金材料具有细小均匀的铸态组织,平均晶粒尺寸维持在50μm左右,材料的导电能力得到一定程度的改善,最佳电导率比原来增加4%,实验材料的热稳定性显著增强,高温下的硬度、抗拉强度分别比原来提高30%和25%。     

新型Al-Zn-Mg-Cu合金双级时效制度研究

采用硬度法测定了一种新型Al-Zn-Mg-Cu合金挤压带板的GP区临界形核温度TV（GP区在此温度下形核不依靠空位浓度）和TC（GP区在此温度以上不能形核）。他们的温度区间分别为130～140℃和170～180℃。依据实验结果确定了合金的一级时效温度为120℃,二级时效温度为165℃。合金在120℃/4h+165℃/8h制度下热处理后,L向的抗拉强度、屈服强度、伸长率、断裂韧度和电导率分别为617MPa,590MPa,13.5%,41.6MPa m^1/2和39.1%IACS,是一种综合性能优良的双级时效600MPa级铝合金。     

激光喷丸强化TC6钛合金的振动疲劳寿命及断口形貌分析

为了研究TC6钛合金激光喷丸强化(Laser Shocking Peening,LSP)处理后对振动疲劳寿命的影响,采用不同喷丸次数的方法对TC6钛合金进行LSP处理,采用振动疲劳测试系统对振动试样进行振动疲劳测试,用X射线衍射仪和显微硬度计测试LSP前后试样的残余应力和硬度,研究LSP对TC6钛合金振动疲劳性能的影响...     

基于人工神经网络的钛合金焊接接头机械性能预测

采用多层前向反馈神经网络模型,对钛合金钨极氩弧焊的焊接接头机械性能进行了模拟和预测.其中,输入参数包括钛合金成分、冷却速度和热处理参数;输出参数包括5个重要的机械性能,即极限抗拉强度、延伸率、断面收缩率、屈服强度和硬度.详细分析了铝和钒这2种元素对机械性能的影响.     

Grinding behavior and surface appearance of（TiC_p＋ TiB_w）/Ti-6Al-4V titanium matrix composites

（TiCp＋ TiBw）/Ti-6Al-4V titanium matrix composites（PTMCs） have broad application prospects in the aviation and nuclear field. However, it is a typical difficult-to-cut material due to high hardness of the reinforcements, high strength and low thermal conductivity of Ti-6Al-4V alloy matrix. Grinding experiments with vitrified CBN wheels were conducted to analyze comparatively the grinding performance of PTMCs and Ti-6Al-4V alloy. Grinding force and force ratios, specific grinding energy, grinding temperature, surface roughness, ground surface appearance were discussed. The results show that the normal grinding force and the force ratios of PTMCs are much larger than that of Ti-6Al-4V alloy. Low depth of cut and high workpiece speed are generally beneficial to achieve the precision ground surface for PTMCs. The hard reinforcements of PTMCs are mainly removed in the ductile mode during grinding. However, the removal phenomenon of the reinforcements due to brittle fracture still exists, which contributes to the lower specific grinding energy and grinding temperature of PTMCs than Ti-6Al-4V alloy.     

大型Ti-1023框类零件的机械加工及焊接变形控制

由于钛合金具有比重小、比强度高、热强性高、热稳定性好、抗腐蚀性好等特点,因此,在飞机上的应用日趋广泛。用钛合金替代合金刚制造飞机结构零件,可以显著地减轻飞机质量,提高飞机的推重比,同时还可以提高飞机结构的抗热能力,使飞机进入更高的飞行范围,从而提高结构的可靠性和使用寿命。应用钛合金是提高飞机飞行性能的有效途径。本文针对某机后机身承力框61框下框段采用钛合金材料,（其牌号为Ti－1023,自由锻件厚度为70mm,结构形式由原来的“[”型变为“工”型,零件由组合焊接变为机械加工,装配形式由铆接变为焊接）,不仅解决了机械加工和焊接中的变形问题,而且同比可减轻质量1.271kg。     

X射线法测试钛合金结构件残余应力的适用性研究

利用四点弯曲机加载的钛合金板材试样及高应力钛合金标样模拟结构件表面测试状态,研究X射线法测试复杂钛合金构件表面残余应力的适用性。结果表明:表面曲率及β角扫描范围对测试结果影响不显著;径向测试面倾角大于20°时测试重复性急剧变差,超过30°时结果不可使用,轴向测试面测试结果随倾角增大而减小,30°时减小超过20%。