复杂外形航空发动机TC4钛合金宽弦空心风扇叶片弯扭成形

弯扭成形是钛合金空心风扇叶片制造中一种有效的辅助成形手段,赋予空心叶片毛坯理想的过渡形状,改善工艺性。针对应用于大涵道比涡扇发动机的TC4钛合金宽弦空心风扇叶片的工艺试验件,研究适用于复杂外形叶片的单轴扭转与双轴扭转两种弯扭方法,提出了夹头运动参数的设计方法,分析了机构的运动规律以及成形原理。基于有限元模拟,研究了扭转方式以及弯扭路径等关键工艺参数对于制件外形、变形区分布、扭转力矩以及表面缺陷的影响,并进行了弯扭实验。结果表明,采用单轴扭转方式,弯扭温度为750℃,叶尖夹头扭角为20.4°,扭转速度为0.68(°)/min,能够将平板毛坯成形出合理的过渡形状。弯扭后面板上出现了失稳凹陷,与有限元结果一致。     

TA15钛合金局部减重中空双层结构超塑成形/扩散连接工艺

在应变速率为0.001 s^-1、0.005 s^-1、0.01 s^-1,温度为880℃、900℃、920℃、940℃的条件下对TA15钛合金进行了高温拉伸试验,材料在920℃以上、0.005 s^-1以下的延伸率可超过500%,具有优异的超塑性能。计算了TA15钛合金的本构方程及在应变速率为0.005 s^-1时,不同温度下的应变敏感性指数m值和材料常数K值。通过超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺,采用有限元模拟对双层结构件的壁厚分布进行分析,并获得了气压加载压力–时间曲线。在温度为920℃时,采用预镂空面板制得了局部减重的中空双层结构件,最小壁厚为0.31 mm,采用超声波C扫描对零件的扩散面积进行分析,结果表明,焊合率高于95%。     

TA32高温钛合金超塑性能研究

采用恒应变速率法对TA32高温钛合金板材进行超塑拉伸,研究了温度920～980℃和应变速率5×10^-5～1×10^-3 s^-1条件下材料的超塑变形行为,并分析了锥形件胀形过程的变形特征和微观组织演变规律。结果表明,TA32合金具有良好的超塑性变形能力,温度920℃、应变速率1×10^-3 s^-1时最大延伸率达到864%。温度为940℃和960℃时,受平面应力变形的锥形件高度较高,分别为90 mm和92 mm;经过不同变形量的变形后微观组织变化并不显著。     

TiBw/TA15复合材料板材超塑变形行为研究

研究了TiB_w/TA15复合材料板材在900～960℃、5×10^–4～10^–2s^–1条件下的超塑变形行为。结果表明,TiB_w/TA15复合材料流变应力随拉伸温度的升高和应变速率的减小而降低,在940℃、5×10^–3s^–1变形条件下获得的最大超塑性伸长率为439%。利用Zener–Hollomn参数和Arrhenius方程所建立的峰值应力本构方程为ε~·=3.55×10⁸[sinh(2.0×10^–2σ)]^1.99×exp(–6.381×10⁵/RT),其变形激活能Q=638.1kJ/mol。复合材料超塑性变形组织与拉伸温度和应变速率密切相关。高温低应变速率有利于基体α相的动态再结晶以及晶须与基体处孔洞的愈合,低温高应变速率下,孔洞更易萌生于增强相与基体结合界面的端部。动态再结晶对复合材料超塑性的发挥起着关键作用。     

钛合金宽弦空心风扇叶片进排气边加工变形预测

针对残余应力和铣削载荷引起的钛合金宽弦空心风扇叶片铣削加工变形问题,提出了一种空心风扇叶片加工变形预测方法。通过正交试验得出铣削力经验公式,采用两种不同的走刀方式,结合"生死单元"技术实现叶片进排气边加工仿真;运用BP神经网络算法建立钛合金宽弦空心风扇叶片加工变形预报模型。通过分析不同走刀方式的加工变形量得出:环切铣削方式对于加工变形的影响大于行切铣削方式。变形预报结果与实际测量值相对误差在10%以内,变形预报相比有限元计算周期短,预测效率高。     

TC11钛合金热变形性能的试验研究

研究了TC11钛合金在温度600~800℃、应变速率0.001s-1~1s-1条件下的高温压缩变形行为,分析了变形温度、应变速率对热变形过程中变形抗力和显微组织的影响,探讨了TC11钛合金热旋压变形的可行性,为钛合金热旋工艺制定提供理论和试验依据。     

钛合金空心点阵超塑成形/扩散连接成形工艺和性能研究

钛合金空心点阵是典型的承载–功能一体化结构,采用单轴拉伸方法,在不同温度、应变速率条件下测定TA15、TA32钛合金的超塑拉伸延伸率,最大延伸率分别达到1450%和950%,后在不同温度、压力条件下进行扩散连接试验。根据超塑拉伸和扩散连接试验,确定了超塑成形和扩散连接（Superplastic forming/diffusion bonding,SPF/DB）的最佳工艺参数为：920℃/1.5～2.0 MPa/2 h,制备了不同构型和几何参数的TA15、TA32钛合金空心点阵结构件。采用平压方法和三点弯曲方法测定了钛合金空心点阵的力学性能,压缩和弯曲强度最大值分别达到23.83 MPa、596MPa,通过有限元和试验分析的方法,研究了几何参数对钛合金空心点阵平压和弯曲性能的影响规律。采用单面加热方法,研究了钛合金空心点阵结构的隔热性能,在400℃/1 h条件下,隔热温差达到276.3～310℃。     

TC21-0.28%H钛合金微观组织及其高温变形行为研究

利用光学金相及X射线衍射,研究了TC21-0.28%H(质量分数,下同)钛合金的组织结构,通过热模拟压缩实验,研究了TC21-0.28%H钛合金在800～920℃温度范围和0.01～1s-1应变速率范围的高温变形行为,建立了钛合金高温变形本构方程。结果显示,与TC21钛合金相比,TC21-0.28%H钛合金β相比例显著增加,并且有新相马氏体α″与氢化物δ生成,TC21-0.28%H钛合金在α+β相区与β相区的变形激活能分别为233kJ/mol与153kJ/mol,软化机制为动态回复,与TC21钛合金相比,TC21-0.28%H钛合金变形激活能降低,热加工性能得到改善。     

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     

置氢TC4钛合金粉末烧结材料高温流变行为及组织演变

采用热压缩试验研究了置氢量0.42%(质量分数)TC4钛合金粉末烧结材料在温度850～1000℃和应变速率0.001～0.10 s-1范围内的流变行为和组织演变,分析了该合金烧结材料在试验参数范围内变形的应力-应变曲线特征.动力学分析获得置氢TC4钛合金粉末烧结材料高温压缩变形的应力指数和变形激活能分别为3.97和50...     

TC21合金的高温变形行为

采用等温压缩试验法,研究了TC21钛合金在温度范围为900～1100℃和应变速率为0.01～50s-1范围内的高温变形行为,建立了合金热变形的本构方程。结果表明,TC21合金在较高温度条件下,变形机制为动态回复,在较低温度下,变形机制为晶界滑移。其转折温度在相变点附近,在此温度上下,变形激活能不同,两相区变形激活能为330.57kJ/mol,β区变形激活能为176.49kJ/mol。     

显微组织对激光增材制造航空发动机用钛合金室温及中温拉伸性能的影响

为探究显微组织对航空发动机用双相钛合金在宽温度范围下拉伸行为的影响,采用激光增材制造技术制备了三种典型的双相钛合金,在室温及400℃下进行拉伸试验,并对拉伸断口与亚表面进行观察。结果表明,室温拉伸测试中,TC17中细小弥散的针状α相强化效果最好。TC11的初生α相的形状及尺寸与TC4相近,但TC11中的纳米级次生α相能够进一步提高强度。TC4中粗大的α相板条抵抗变形的能力差,强度最低。温度对三者的影响是相同的。400℃拉伸时,三种钛合金的强度降低但塑性增加。由于温度升高对相界面的弱化作用,TC17中细小的α相发生显著形变,TC11中次生α相的强化效果减弱,TC4中α相发生剧烈变形。通过对不同钛合金显微组织室温及中温拉伸性能的研究,为探索航空发动机钛合金在宽温度范围的力学性能提供参考。     

TC4钛合金超塑成形研究现状及其发展展望

介绍了TC4钛合金超塑成形的研究现状,主要内容包括:应变速率敏感性指数m值研究;超塑成形过程中材料组织演变过程及超塑变形机制研究;空洞的演变过程研究,包括空洞形核、长大机制及断裂机制研究;超塑成形与焊接方法的组合成形技术研究,其中着重介绍了超塑成形与扩散连接(SPF/DB)和超塑成形与激光焊接(SPF/LW)的组合应用以及有限元模拟技术在超塑成形中的应用;文章的最后对TC4钛合金超塑成形的发展趋势进行了展望。     

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.     

钛合金宽弦风扇叶片的振动特性

通过模态仿真和模态试验技术分别对某型号TC4钛合金宽弦风扇叶片的振动特性进行研究。采用ANSYS-APDL软件对风扇叶片模型进行模态仿真分析。根据风扇叶片的坎贝尔图以及不同模态的振型分布,识别风扇叶片的弯扭振型。风扇叶片不同转速不同模态下的转速裕度和频率裕度分析显示:第1阶弯曲模态在红线转速下的转速裕度和频率裕度超过20%,表明风扇叶片满足共振裕度要求。在三轴向振动台上利用扫描式激光测振仪,采用敲击法和随机带宽激励的方法测量叶片的响应,分析了风扇叶片不同模态的冲击响应特性和多轴响应特性,发现风扇叶片在周向和轴向激励下的响应以低阶弯曲模态为主,而在径向激励下的响应以扭转和复合模态为主,不同激励位置不同模态的响应特性与风扇叶片的振型息息相关。      

宽弦空心风扇转子叶片鸟撞损伤数值仿真

为解决航空发动机宽弦空心风扇转子叶片抗鸟撞设计问题,对宽弦空心风扇转子叶片鸟撞损伤进行了数值仿真。采用光滑质点流体动力学（SPH）算法建立鸟体模型,采用J-C本构模型和失效模型定义材料冲击下动态性能,建立旋转状态下叶片鸟撞数值仿真方法,经过试验验证能够较准确预测叶片损伤。开展相同条件下鸟撞击宽弦空心和实心风扇转子叶片仿真,对比鸟撞击叶片过程、撞击时叶片叶尖最大轴向和径向变形、撞击后叶片永久变形,研究被鸟撞击后空心叶片相比实心叶片的损伤特征。结果表明：空心和实心叶片鸟撞击过程相同;空心叶片被鸟撞击后叶尖轴向和径向变形更小;空心叶片被鸟撞击后前缘卷边变形更严重,对风扇气动性能和稳定性影响更大;在结构设计时应适当增加前缘空心区域局部刚度,或者适当增大前缘实心区域范围,用于提高空心叶片的抗鸟撞能力。     

TC4钛合金激光快速成形力学性能

试验研究了TC4钛合金激光快速成形的力学性能.结果表明,成形件室温及高温强度均超过锻件水平,塑性接近锻件水平.严格控制成形气氛中杂质元素的含量能使TC4钛合金强度与塑性合理匹配.     

基于热加工图的TC4合金热成形性能研究

通过热压缩试验研究TC4(Ti-6Al-4V)合金在应变速率为0.001～100s-1,变形温度为750～1050℃条件下的热成形性能.建立了基于流动应力的TC4合金本构方程.综合考虑应变速率和变形温度对材料微观结构及性能的影响,采用动态材料模型建立加工图.根据Malas稳定性准则确定出了非稳定区的位置及热变形最佳工艺参数:变形温度为800℃,应变速率为0.001s-1.     

TC6钛合金的超塑性变形研究

 通过高温拉伸力学实验研究了T C6 钛合金在高温下的流动特性, 并利用扫描电镜观察了拉伸断口形貌, 分析了该合金的拉伸断裂机制。实验结果表明: ① 变形温度的升高和应变速率的降低, 有利于提高TC6钛合金的塑性变形能力; ②TC6 钛合金的最佳超塑性变形工艺参数为950 ℃, 0. 001s^{- 1}, 最大延伸率为267%;③T C6 钛合金在拉伸断裂时以韧性断裂为主, 但在不同的变形温度和变形速率下伴随着不同程度的脆性断裂;④拉伸断裂从夹杂物或第二相粒子开始, 且随着变形温度的升高和应变速率的降低, 解理断口的比例减小, 韧性断裂特征变得明显。     

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