新型高性能钛合金研究与应用

随着钛合金在我国航空、航天、兵器、海洋和化工等领域用量和应用范围的不断扩大,对钛合金高综合力学性能、低成本和加工工艺性能提出了更加苛刻的要求.通过基于组织参数设计的合金化、细晶强化、相变强化和强韧化工艺控制等综合强韧化技术,研制出具有高强韧、抗疲劳、耐损伤、抗冲击等综合性能良好匹配的新型高性能钛合金,是扩大钛合金在高端领域的用量与应用水平,实现产业升级转型,满足下一代应用需求的重要保障.     

航空铸造钛合金及其成型技术发展

简述了铸造钛合金及TiAl合金的特点及在国内外航空领域的应用.根据我国钛合金领域专利申请情况分析了铸造钛合金技术在近30年的变化,特别是在航空领域的变化.随着航空制造技术的发展和高性能飞机的需求,钛合金铸件正向大型、整体和复杂化变化,TiAl合金铸件的发展将大大提高航空钛合金的使用温度.而航空领域的钛合金铸造技术将不再是单一的熔模精密铸造,将融合铸造模拟仿真技术和增材制造技术的优势,采取复合式发展的道路,以提高其整体精铸水平和生产效率.     

钛合金电子束焊接表面残余应力的测试和有限元分析

采用多束电子束流焊接Ti60钛合金,并利用小孔法和有限元分析方法分别测试和模拟焊后残余应力值.对焊前预热、焊后缓冷和焊前预热+焊后缓冷三种焊接工艺下的残余应力值进行比较,研究残余应力的分布规律.研究结果表明,在垂直焊缝截面上,纵向残余应力σx的模拟结果与测试结果在变化趋势上基本一致.在平行焊缝截面上,实测与模拟纵向残余应力σx的分布规律相似.证明了有限元模型的合理性和可靠性.采用预热+焊接的焊接工艺对残余应力影响不大,采用焊接+缓冷的焊接工艺可以改变残余应力的分布.     

TC32钛合金的动态力学性能及损伤特点

采用分离式霍普金森压杆技术对TC32钛合金片层组织、双态组织、网篮组织试样进行了动态剪切实验,通过光学显微镜、扫描电镜研究了TC32钛合金不同组织的损伤特点。结果表明：片层组织、双态组织、网篮组织的临界应变率分别为2400 s-1,2700 s-1与2600 s-1,与网篮组织和片层组织相比,双态组织具有最优的综合动态力学性能。三种组织均观察到了绝热剪切带,并且绝热剪切破坏都要经过微孔洞的形核、长大与相互联结的过程,微孔洞的萌生与长大优先沿着绝热剪切带与基体的界面位置。片层组织绝热剪切带与基体的界面塑性流变特征不明显,并且在该区域观察到了呈快速扩展特征的长裂纹。双态组织绝热剪切带及与基体界面呈纤维状,周围组织在剧烈剪切力的作用下呈明显的塑性流变特征,等轴状或者椭圆型的初生α相被严重拉长变形,微孔洞也容易在α/β转变基体的界面处形核。网篮组织与双态组织的损伤特点类似,但与片层组织和双态组织不同的是,当网篮组织中具有规则排列的针状α相与绝热剪切带垂直时,微孔洞也容易在该处萌生。绝热剪切带内部组织主要是由细小的等轴晶粒组成,形成机制尚无统一定论。     

GH39合金拉伸应变硬化行为与断口形貌

采用不同应变速率(0.0001~0.1s-1)下单轴拉伸实验对 GH39合金应变硬化行为与断口特征进行了研究。结果表明：应变硬化指数在不同应变量下表现出多重性,真应力应变不完全遵循 Hollomon 对数线性关系。塑性变形开始阶段,应变硬化指数n为恒定;真应变ε在0.014~0.13,n随着应变的增加而增加,在此过程由于形成大量形变孪晶,孪晶与位错相互作用,硬化能力增强;随着应变速率的提高,材料的应变硬化指数略下降;在低应变速率时段合金的拉伸断口为延性断裂,随着应变速率的增加从韧窝状延性断裂向半解理断裂过渡。     

GH4169高温合金涡轮盘表面径轴向裂纹的渗透检测可行性

分别选用ZL-27A与ZL67渗透液对GH4169涡轮盘表面径轴向裂纹进行高灵敏度后乳化型与高灵敏度水洗型荧光渗透检测,超声波预清洗30 min后,渗透液浸渍与滴落60 min。利用体式镜和扫描电镜研究径轴向裂纹的宏观与微观特征。研究结果表明：GH4169高温合金涡轮盘在锻造过程中造成的表面径轴向裂纹,在高温下被表面氧化形成Cr2 O3为主的复杂氧化物层堵塞开口,使得渗透检测方法对其检出并不十分有效。     

铝合金薄壁中空结构件重负荷铣削切削振动研究

使用直径为20mm的商用高速钢和硬质合金刀具,在中低切削速度和大切宽条件下对高速列车车体用T5热处理6N01铝合金双壳薄壁W型结构件进行重负荷铣削试验,重点对铣削振动及其影响因素进行研究.结果表明:当铣刀铣削至结构件的筋板交叉处时振幅有突变增加,其值为铣削铝合金薄壁时的3～6倍;在中低速铣削范围内,重负荷铣削该结构件时易发生自激振动和强迫振动.研究同时表明,机床转速和每齿进给量是影响切削振动的显著因素,波刃刀具切削振动幅值显著大于非波刃,螺旋角较大的刀具和齿数较少的刀具其切削振动较小;在剧烈的切削振动下,高速钢刀具易发生刀尖崩刃,波刃刀具则易发生严重粘结.     

点焊钛合金蜂窝芯平压性能模拟研究

在对蜂窝芯力学性能的模拟研究中,常采用将双层壁之间的连接简化为双层壁厚的建模方法,但其不适用于点焊连接的钛合金蜂窝芯.本文提出利用LS-DYNA-EDWELD命令建立点焊连接蜂窝芯有限元模型的方法,对钛合金蜂窝芯进行平压模拟研究.同时,进行了钛合金蜂窝芯的平压力学性能试验,并将平压极限载荷值R.与模拟值进行了对比,结果显示点焊连接蜂窝芯有限元模型的平压模拟误差为6.5％,证明了此模型的准确性.最后,应用此模型得到了平压过程中焊点正拉和剪切力随位移的变化关系,研究了焊点正拉和剪切失效强度对蜂窝芯平压力学性能的影响,结果显示焊点正拉失效强度对蜂窝芯平压极限载荷的影响较大.     

不同时效处理对GH4169合金组织性能的影响

为了解GH907合金时效制度对GH4169合金组织和性能的影响,对分别进行GH907和GH4169两种时效处理后的GH4169合金进行组织、力学性能的对比分析与测试.结果表明,相对于GH4169时效处理,775℃时效处理使GH4169合金的(6)相的析出量有所增加,γ'、γ″相略有长大,但合金的晶粒度没有发生明显变化.经775℃时效GH4169的缺口持久性能基本不变,不存在缺口敏感,但其室温和650℃抗拉强度、屈服强度、光滑持久寿命以及硬度均有所降低.     

阳极氧化膜厚度对TB8钛合金表面特性及其粘结性能的影响

采用以酒石酸钠为主盐的电解体系对TB8钛合金进行阳极氧化,研究阳极氧化膜厚度对TB8钛合金表面特性及其与环氧树脂粘结性能的影响。采用SEM、XRD和EDS分析了阳极氧化膜的微观形貌和晶体结构,采用角接触测量仪和三维视频显微镜分别对阳极氧化膜的表面润湿性和粗糙度进行测量。研究了不同厚度TB8钛合金阳极氧化膜的粘结性能与表面形貌、相组成、润湿性及粗糙度的关系。结果表明:采用以酒石酸钠为主盐的电解体系对TB8钛合金进行阳极氧化处理,氧化时间为15 min,电压为1~30 V时,能够在钛合金表面形成一层1~4μm厚的阳极氧化膜;氧化膜主要由金红石型和锐钛型TiO₂混合晶体组成,其表面具有微纳多孔的粗糙结构;随着厚度的增加,阳极氧化膜对水的润湿性能逐渐增强。当氧化膜厚度为3μm时,可获得最大粘结强度为19.6 MPa,相对于母材提高了88.5%,同时,水接触角为43.2°,相对于其母材减少了56.1%;粗糙度为2.14μm,相对于母材提高了137.8%。