超大型复合材料机体部件应用技术的新进展——飞机制造技术的新跨越

从超大型复合材料部件在军/民用飞机上的应用进展入手,重点介绍了复合材料在波音787机体主要结构上的应用,给出了机身复合材料部件应用的特殊性及空客公司对其所持的争议。分析了波音和空客公司在复合材料应用方面的竞争,分别以波音787和空客A380为例介绍了两公司相应的技术策略：机体整体复合材料部件制造技术和大型复合材料壁板组装成机体技术,以及迫于竞争的压力,空客公司新的应对措施,即采用全复合材料机身壁板结构,将复合材料在A350-XWB上的用量提高到52％。最后总结了复合材料部件设计制造的独特性和复杂性,并得到对中国研制大型飞机的启示。     

沿海环境下服役飞机铝合金零件的表面涂层破坏与腐蚀

 为了探讨在斐济沿海机场某型国产飞机铝合金零件出现的腐蚀问题,研究了热带海洋环境条件下油漆涂层的老化失效对铝合金零件腐蚀的影响,采用宏观、微观腐蚀形貌,腐蚀产物成分分析等方法,对比研究了实验室中性盐雾和紫外光老化条件下油漆涂层的老化失效特点。结果表明在海洋环境和实验室环境条件下,飞机铝合金零件都是先出现表面涂层的老化失效,而后表面氧化膜层和基体出现点腐蚀,直至发生晶间腐蚀到剥蚀破坏。分析认为铝合金零件表面油漆涂层的老化失效起源于热带海洋大气环境中温度、湿度、Cl^-、光照等共同作用导致的微孔隙、微裂纹等缺陷。     

TC21细晶钛合金TIG焊接接头组织及力学性能研究

开展了不同晶粒尺寸的细晶粒TC21钛合金的TIG焊接实验,研究了母材及接头组织和力学性能。结果表明：细晶粒TC21钛合金TIG焊接接头抗拉强度达到母材的95％左右,焊接性较好;但是焊接接头脆化严重,伸长率和断面收缩率均较低。焊缝中心和热影响区组织相似,为α’马氏体组织。相同焊接规范下,21μm的细晶TC21合金焊缝及热影响区为片状或长粒状α’组织;而7μm的细晶TC21合金接头中α’丛的尺寸较小且相互交错,形成针状或短粒状α’组织。硬度测试表明：靠近母材的热影响区细晶区存在一个软化区,该区域硬度最低,而焊缝中心与热影响区粗晶区分界处（细晶过渡区（FTZ））也存在硬度的下降,不过此区域下降幅度不大。常温拉伸断口呈准解理断裂特征,随着母材晶粒度的增大,焊接接头解理特征越明显。     

原位合成TiC颗粒强化铝合金组织与性能

采用铝系合金2A14（LD10）作为母合金,利用原位合成法制备了TiC颗粒弥散强化铝基材料。显微组织观察表明,合金中的TiC颗粒呈等轴状,尺寸约为1～3μm。加入TiC颗粒后,合金铸态组织显著细化,室温抗拉强度和屈服强度得到一定程度提高,但塑性下降。150℃时,合金的拉伸性能变化随TiC加入量增加而变化的规律与室温相似。合金中TiC颗粒的引人大大提高了合金的耐磨性能。在油润滑条件下,TiC／2A14材料的耐磨损体积远远优于其母合金以及其他典型的金属耐磨材料,如耐磨黄铜、ZA30锌基合金和Al—30Si高硅铝合金。     

变形温度和冷却速度对TA15合金组织性能的影响研究

本项目研究了变形温度、冷却速度对原始坯料为片状组织的TA15合金显微组织和性能的影响.随着变形温度(1080-930℃)的降低,及变形后冷却速度(空冷～水冷)的加快,TA15合金的室温抗拉强度、延伸率及断面收缩率均呈上升趋势.β区变形的镦粗试样为片状组织,在大变形区和自由变形区,1080℃变形时β晶粒的动态再结晶程度比1 030℃高.两相区变形镦粗试样的显微组织为过渡型组织,难变形区和大变形区及自由变形区组织差别较大.     

热模锻造对Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC4双合金界面连接强度与组织的影响

研究热模锻造经真空电子束焊接的Ti-24Al-15Nb-1.5Mo与TC4双合金焊缝界面的显微硬度变化、合金元素扩散趋势、显微组织特征和拉伸性能。结果表明,焊后未经任何处理的的试样焊缝边界处Al和Nb含量有突变;经700℃保温12h,AC(空冷)的焊接件焊缝区显微硬度最高,HV0.98平均值达3780MPa;经热模锻造和热处理后,合金元素扩散充分,显微组织均匀,显微硬度均匀。焊接接头拉伸试验表明,经38%变形,1020℃锻造,700℃保温12h,AC处理的试样,高倍组织为双态组织,拉伸性能最好,室温延展率达16.5%,断面收缩率达44.5%。     

结合钎焊和氩弧焊方法对钛合金/Nb/不锈钢接头的连接

利用AgCu-1.8Ti和AgCu-4.4Ti两种钎料对Nb与0Cr17N i4Cu4Nb不锈钢进行润湿性研究,并钎焊Nb与0Cr17N i4Cu4Nb接头。AgCu-1.8Ti在Nb与0Cr17N i4Cu4Nb上的润湿角均小于AgCu-4.4Ti。分析接头组织发现,AgCu-4.4Ti钎料接头中在靠近不锈钢侧存在约50μm宽的富Ti层,而AgCu-1.8Ti钎料接头中未发现该富Ti层。利用氩弧焊将TC4与Nb预先焊好后再用两种钎料钎焊Nb和不锈钢,测定TC4/Nb/0Cr17N i4Cu4Nb接头的室温拉伸强度。数据显示,AgCu-1.8Ti钎料接头的室温拉伸强度平均值达到222.2MPa,而AgCu-4.4Ti钎料接头强度仅有133.8MPa,所有接头均断于Nb与0Cr17N i4Cu4Nb界面。     

新淬火状态硬铝合金板的成形性能及数值模拟

研究了铝合金退火状态和新淬火状态下的成形性能,给出了主要成形性能指标与自然时效及预变形的关系,表明在新淬火状态一定时间内,铝合金仍然具有良好的成形性能,淬火前的变形和淬火后的时效过程将降低成形性能;通过退火状态和新淬火状态材料成形的数值模拟对比,表明新淬火状态材料成形具有以下特点:新淬火状态材料成形需要更大的力能参数,残余应力和回弹较大,成形后变薄较小,厚度分布较均匀,随着时效时间增加和淬火前变形的增加,成形力、厚度变薄和回弹增大.     

基于IDS的铝合金预腐蚀疲劳寿命研究

 模拟飞机服役环境,对航空LY12铝合金试验件做了腐蚀试验,然后通过疲劳试验得到LY12铝合金新试验件和预腐蚀试验件的疲劳寿命数据。分析了腐蚀对航空LY12铝合金的影响。通过观测断面腐蚀坑的尺寸,基于初始不连续状态（IDS）建立了把腐蚀坑看做表面裂纹的几种模型,并对几种裂纹模型的疲劳寿命计算结果和实际试验结果进行了对比分析。结果表明：直接把腐蚀坑看做表面裂纹是不合理的,考虑材料初始不连续状态所建立的表面裂纹模型计算结果和试验结果比较吻合;随着腐蚀坑的增大,裂纹模型2更为合理。所以,很难用一个合适的裂纹模型来描述腐蚀坑,只有把腐蚀坑分组才有可能得出更精确的描述。     

润滑条件对铝合金板材杯突值的影响

在BCS-30D通用板材成形性试验机上,对铝合金薄板的杯突值进行了不同润滑条件的试验研究。试验结果表明,聚四氟乙烯薄膜作为润滑剂时对铝合金杯突试验的成形效果最好,其次为动物油,机油最差。