钛合金叶片前缘的外物损伤残余应力数值分析

为研究航空发动机叶片外物损伤(FOD)位置残余应力的分布规律,根据真实叶片前缘特征设计了模拟叶片,基于Johnson-Cook本构模型,使用LS-DYNA软件仿真分析钢珠以不同角度冲击钛合金模拟叶片前缘的过程,对比仿真与相同试验条件下的空气炮模拟外物损伤试验的FOD损伤形貌与宏观尺寸,验证了有限元模型的正确性。提取仿真计算的不同入射角度对应的FOD位置残余应力分布,结果表明:钢珠以0°角入射时,钢珠冲击产生的接触力和变形能明显大于其他入射角度的情况,说明钢珠偏斜一定角度入射时造成的偏斜型缺口处的材料失效与变形不如外物正撞前缘形成的半圆型缺口严重;在FOD缺口底部尖端靠近入射表面区域存在明显的残余拉应力。随着入射角度的增大,残余拉应力区的范围逐渐扩大,残余拉应力最大值逐渐减小。     

TC17钛合金超高周弯曲振动疲劳试验

基于航空发动机叶片基本失效形式,开发了悬臂梁式弯曲振动超声疲劳试验系统(激振频率20kHz),设计了能模拟叶片振动、适合于超高周弯曲振动疲劳试验的试件.利用该系统开展了钛合金TC17超高周弯曲振动疲劳试验研究,分析了断口的金相图.结果发现:裂纹萌生有表面和次表面两种模式,并不依赖于内部夹杂和缺陷,没有发现内部裂纹萌生迹象,次表面裂纹扩展也不呈“鱼眼”形貌.与文献所述的“鱼眼”形貌特征不同.      

TC4-DT钛合金高温热变形行为研究

利用Gleeble-3500型热模拟实验机,研究了TC4-DT损伤容限型钛合金在温度850℃～1000℃、应变速率0.01～10s-1、变形程度为40%～70%条件下的热变形行为,分析了该合金的流变应力行为及微观组织演变规律,并建立了本构关系模型。研究结果表明,TC4-DT合金在950℃以下的较低温度变形时应力软化现象非常明显,变形机制和热变形激活能不同于950℃以上的较高温度变形机制;在950℃以上高温度变形时,低应变速率(如ε=0.01s-1)促进了动态再结晶行为的发生,而在较高的应变速率(如ε=10s-1)时,一般只发生动态回复现象,动态再结晶行为受抑制。     

飞秒脉冲激光诱导TC4微结构表面抑冰特性实验

飞机发动机进气道前缘唇口积冰将会严重威胁航空安全,仿生研究表明具有微纳结构的疏水表面可以起到良好的抑冰效果。针对飞机唇口材料TC4,采用飞秒脉冲激光诱导制备TC4微结构表面,利用三维形貌仪和扫描电镜对TC4合金表面三维形貌和微纳结构进行观测,应用接触角测量仪分析表面浸润改性,依托结冰特性实验系统测试微结构表面抑冰抑霜性能,并分析飞秒脉冲激光加工工艺参数对表面微观结构和抑霜特性的影响机制。研究结果表明：随着激光扫描速度的增大,TC4合金表面形成的拱形沟壑深度增加,沟壑上方出现干涉条纹以及圆形凸起且微纳凸起的尺寸随扫描速度的增大而增大,接触角先减小后增大再减小;加工后表面液滴冻结时间比未加工表面延迟30 s;扫描速度2 000 mm/s时的液滴冻结时间最长,霜层质量最小,高度最低。飞秒激光加工TC4合金表面形成的微纳结构以及表面吸附的有机物能够改变表面接触角;粗糙度和表面形貌能够影响表面结冰时间和结霜量。     

Hot deformation behavior and microstructure evolution of the laser solid formed TC4 titanium alloy

Hot compressive experiments of the laser solid formed (LSFed) TC4 titanium alloy were conducted at a wide temperature range of 650–950 °C and strain rate of 0.01–10 s⁻¹. The Arrhenius-type constitutive models of the LSFed TC4 alloy were established at the temperature range of 800–950 °C and of 650–800 °C, respectively. The average relative error between the predicted stresses and experimental values in those two temperature ranges are 10.4% and 8.3%, respectively, indicating that the prediction models constructed in this paper are in a good agreement with experimental data. Processing maps were established by the principle of dynamic materials modeling on the basis of the data achieved from the hot compression experiments. The processing parameters corresponding to the stable and unstable regions of material deformation can be determined from the processing maps. The microstructure evolution of the stable and unstable regions of the samples after tests were observed. Finally, the effect of hot compressive parameters on the microstructure were investigated to research the dynamic recrystallization and the texture of the deformed LSFed TC4 alloy.     

钛合金TC4盘铣开槽加工铣削力研究

由于盘铣刀具直径大,切削余量大,造成钛合金盘铣开槽过程中铣削力较大,进而引起刀具振动,缩短刀具寿命。为实现对钛合金盘铣开槽过程的优化与控制,本文设计单因素实验和正交实验,利用三向压电式测力仪测量铣削力数据,采用线性回归技术建立铣削力模型并以“F”检验法对模型进行显著性检验;利用极差分析法分析工艺参数对铣削力的影响规律,利用响应曲面法分析工艺参数对铣削力的交互影响规律。研究结果表明：对于切削深度变化敏感度依次为铣削力F_x＞进给速度＞主轴转速;对于进给速度变化敏感度依次为铣削力F_y＞切削深度＞主轴转速;对于铣削力F_z变化敏感度依次为主轴转速＞切削深度。铣削力随着主轴转速的增大而减小,随着切削深度和进给速度的增大而增大。另外铣削力F_x大于F_y和F_z,对加工性能和刀具磨损起主导作用。     

热处理对激光增材制造TC4合金耐蚀性及室温压缩蠕变性能的影响

随着钛合金装备在航空、航天、航海等领域的使用逐渐增多,其服役环境日益严苛,对构件材料的抗腐蚀性能及室温应力蠕变性能提出了更高要求。针对钛合金耐蚀性及抗压缩蠕变的性能,分析了激光增材制造TC4合金不同热处理状态试样电化学及室温压缩蠕变性能,并结合蠕变曲线修正了蠕变第Ⅰ阶段本构方程的参数。结果表明,双重退火处理会显著减小增材制造TC4钛合金中α板条长径比与尺寸,而固溶时效可使α板条长径比增大、尺寸减小,导致了材料耐蚀性、屈服极限以及抗压缩蠕变性能的变化。沉积态合金经过固溶时效后自腐蚀电流降低64.92%,稳态蠕变应变率降低46.31%,蠕变应变降低50%。而经过双重退火后合金自腐蚀电流降低26.14%,稳态蠕变应变率提升111.20%,蠕变应变提升48.68%。相比于铸锻工艺制备TC4合金蠕变本构方程,修正后的拟合系数与蠕变曲线吻合度更高。     

置氢对TC21合金粉末物理性能和压制性能的影响

采用扫描电镜观察、粉末镶嵌试样、XRD和模压成形等方法,研究了置氢(H,wt%)对TC21合金粉末颗粒形貌、表面状态、显微组织、相组成、显微硬度和压制性能等的影响.结果表明:置氢TC21粉末颗粒形貌为不规则状,粉末主要由亮相α相及暗相β相组成,颗粒显微组织呈片状、α/β集束状和网篮状.随置氢量的增加,置氢TC21粉末显微硬度呈降低趋势;α相逐渐减少,β相逐渐增多,并且有少量的α"相生成;粉末的压缩性能呈先变差后变好的不明显变化趋势,成形性能先变差又逐渐变好,置氢量0.10 wt%,0.39 wt%TC21粉末压制性能较好,置氢量0.22 wt%的TC21粉末的压制性能最差.     

使役条件下SiC_p/Al复合材料的建模拟实

基于有限元方法,通过Python语言开发了SiC_p/Al复合材料的参数化建模程序,利用ABAQUS图形用户界面(GUI)完成了建模过程的可视化,搭建了颗粒的大小、形状、体积含量和分布可控的快速建模拟实平台。利用此平台建立了SiC_p/Al复合材料基于微细观的代表性体积单元(RVE)有限元模型,并先后引入了颗粒的弹脆性断裂行为、基体的弹塑性断裂损伤行为和界面的拉伸-开裂行为,实现了SiC_p/Al复合材料的变形和断裂的全过程模拟。为研究使役条件下SiC_p/Al复合材料的构效关系,建立了颗粒体积含量为7%和14%的复合材料有限元模型,首先研究了拉伸过程中颗粒体积含量对复合材料变形和损伤行为的影响;然后将体积含量为7%的复合材料模拟压缩过程与拉伸过程进行对比,分析了在不同载荷条件下复合材料的变形和损伤机理。实践证明,所建立的SiC_p/Al复合材料参数化建模平台可用于颗粒增强金属基复合材料基于微细观的有限元建模,对复合材料强韧化机理分析和构效关系研究具有重要的价值。