TC6钛合金激光喷丸纳米组织特性及热稳定性研究(英文)

应用Nd:YAG高功率激光器对TC6钛合金试样进行了激光喷丸,对部分强化试样623K真空保温10h。应用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射电镜(EBSD)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等设备对试样强化层形貌和纳米组织进行检测,采用显微硬度计进行显微硬度测量。测试结果表明:TC6钛合金激光喷丸表面完整性好,未在表面引入微裂纹,表面粗糙度较传统表面强化低;激光喷丸后距离表面200μm范围内α相在冲击波作用下压缩伸长,α相和β相细化,保温后SEM测试显示强化层组织和强化层深度未发现明显变化;强化后衍射峰变宽,说明强化层发生剧烈塑性变形导致晶粒细化,并留有残余应变,未发现新的衍射峰说明强化过程中没有发生相变;强化后TC6钛合金表层产生纳米晶,保温后强化层位错密度降低,纳米晶晶界更加清晰,未发现纳米晶长大;激光喷丸硬度影响层达500μm,表面硬度提高12.2%,保温后表面显微硬度降低10HV0.5,硬化深度未发现变化。以上研究表明,TC6激光喷丸纳米组织和显微硬度在623K温度下具有较好的热稳定性,有利于提高钛合金的抗疲劳、抗磨损和抗应力腐蚀的性能,从而突破了美国规范AMS2546中关于钛合金只能在589K温度下应用的限制。     

热振联合试验控制技术研究

在热振联合试验中,温度和振动的控制和测量是最主要的技术难点。讨论了采用热流作为加热控制方式,采用红外点温仪作为温度测量手段的可行性;同时提出采用多普勒激光测振技术控制和测量热环境下的振动参数。通过试验验证和结果分析得出,在热振联合试验中采用多普勒激光测振仪是可行的。     

反射激波作用下重气柱界面演化的PIV研究

在水平激波管中采用PIV方法研究了反射激波作用下SF6重气柱界面的发展演化。采用射流方法形成SF6无膜气柱界面,并以乙二醇作为示踪粒子。利用连续激光片光源结合高速摄影相机对流场进行显示,得到了反射激波作用下SF6气柱界面的发展过程。结果表明,入射激波的冲击会在界面上产生反向旋转的涡环结构,而反射激波的作用会在界面上产生与初始涡环旋转方向相反的次级涡环结构。此外,对反射激波作用后的流场图像进行PIV后处理,获得了流场连续的速度场和涡量场。获得的环量与已有的理论模型进行比较,取得了较好的一致性,也验证了本文实验方法的可行性。     

噪声振动环境中的仪器设备损伤研究

对噪声振动环境下的仪器电路板损伤进行了研究,以解释高噪声环境下某机箱电路板引脚断裂机理。应用噪声激励下激光测振技术、声传递试验方法、有限元分析动态响应分析技术,给出了元器件管脚动态应力分布,并根据S-N曲线对结构的寿命进行评估分析,理论分析所得出的失效模式及寿命时间和试验情况基本吻合。本文所探索的噪声激励下的电路板应力分析及寿命评估技术可以用来评估力学环境造成的仪器损伤,拓展了仪器可靠性评估途径,具有较高的工程应用价值和借鉴意义。     

超声速流动燃烧气体比热比的集成传感测量技术

介绍了为测量燃烧气体的比热比而设计的包含了皮托管和激光光束跟踪系统的集成测量系统。该系统通过测量压力比和穿过皮托管前正激波的激光折射角来获得比热比,从而免使用复杂而昂贵的光相色谱仪器。激光光束折射角通过两台CCD摄像头和移动空间坐标测量系统(MScMS)来准确记录激光光束折射角。密度比通过Gladstone-Dale关系和Snell律来获得。由此,通过所获得的跨激波的压力比和密度比可以定量确定比热比。这一技术可有效降低比热比测量时间。本文对激光光束跟踪系统和皮托管所带来的不确定性进行了分析,结果表明在总温不超过1000K时系统不确定性低于5.5%。可行性分析表明该技术可以实现,但仍有部分技术问题需要在实施前解决。     

光内送粉激光熔覆工艺参数对单层熔覆质量的影响

针对现有的激光熔覆快速制造过程中偏王侧向送粉和多粉管光外同轴送粉熔覆成形工艺的不足,提出了一种"光束中空,粉管居中,光内送粉"的新型激光熔覆快速制造工艺,可应用于金属零件激光熔覆直接制造领域.研究了光内送粉试验关键工艺参数,如光束输出模式、激光功率密度、送粉量、扫描速度和离焦量等对熔覆质量的影响;在多模激光束模式下,探索了不同工艺参数与熔覆层质量的关系,为多层熔覆薄壁墙成形试验打下良好的基础.     

一种改进的激光捷联旋转矢量姿态算法

激光陀螺最适合于构成捷联惯性导航系统，是当前捷联惯性导航系统的重要应用研究方向，其航姿算法精度对激光捷联惯性导航系统的精度影响很大。本应用激光陀螺当前迭代周期内及前两个迭代周期内的角增量输出，并根据在一个迭代周期内对陀螺仪采样的次数，提出了三种新的航姿算法表达式，并分析了此算法在典型圆锥运动输入下的漂移误差。仿真结果表明与传统的旋转矢量法比较，该新算法具有较高的精度，为改进旋转矢量算法提供了一种新的思路。     

直接金属粉末激光烧结温度场的数值模拟研究

初步建立了用于模拟直接金属粉末激光烧结过程中传热行为的数学模型，该模型考虑了诸如传导、辐射和对流等与烧结有关的热现象。给出了固相、液相和气相共存的金属粉末烧结体系导热系数的计算方法。考虑到激光束的持续移动，采用了坐标原点位于光斑中心的动坐标系来简化方程的求解计算。在绝热边界条件和热物性参数恒定的假设下，求得了在基模高斯光束近似作用下热传导方程的解析解。运用FORTRAN语言编写了运算程序．并对铜粉激光烧结的温度场进行了数值模拟，模拟结果与初步实验结果较为吻合。     

超高速碰撞碎片云的激光阴影照相技术

为研究超高速碰撞过程中所产生碎片云的特性，在中国空气动力研究与发展中心超高速碰撞靶上建立了激光阴影照相系统。该系统由YAG激光光源、阴影仪和成像系统组成，在采用补偿式滤光等技术后，获得了撞击速度v≈6km／s时清晰的碎片云图像。本文对该系统的工作原理、系统构成以及调试情况进行了介绍。试验结果表明：(1)该系统可以获得清晰的超高速碰撞碎片云图像；(2)扩束镜、成像物镜质量本身是影响碎片云激光阴影成像质量的主要因素；(3)各光学元件的不同结构及不同放置也会严重影响阴影成像质量。     

激光烧结制备藕状316不锈钢多孔材料的微孔结构特征

 对含预合金316不锈钢和造孔剂（组分包括硼酸和氟硼酸钾）的混合粉末，进行了激光烧结制备藕状多孔材料的实验研究。利用扫描电镜分析了激光烧结试样的微观孔隙特征，并测定其孔隙率。结果表明，在较低的扫描速率下可获得孔径分布均匀、孔隙贯通性良好的藕状多孔结构；当扫描速率逐步提高时，孔隙生长方向沿扫描方向的倾斜趋势有所增强，而若扫描速率高于0.12 m/s，试样内部藕状多孔结构出现紊乱，有序性降低。随扫描速率逐渐提高，试样孔隙率呈下降趋势。