发展高能束流增材制造技术 促进航空制造业跨越式发展

当前,以高能束流(激光束、电子束、等离子或离子束)为热源而开展的金属、非金属或金属基复合材料的高能束流增材制造不仅能够大大减少制造工序、缩短生产周期,节省材料、降低成本等,而且成为航空航天、医疗卫生等行业快速验证优化设计、快速响应制造的强有力技术手段。北京航空制造工程研究所是国内最早开展增材制造技术研究的单位之一,具有较完整的高能束流增材制造专业体系。近日,本刊记者就一些热点问题采访了北京航空制造工程研究所高能束流特种加工及快速制造学术带头人巩水利研究员。     

金属增材制造技术在航空领域的发展与应用

增材制造技术以其与传统去除成形和受迫成形完全不同的理念迅速发展成了制造技术领域新的战略方向。金属零件的高能束流增材制造在航空航天领域的研究和应用也越来越广泛,在先进制造技术发展的同时,也促进了结构设计思想的解放和提升,两者的相互促进必将对未来飞行器制造技术领域造成深刻影响。     

大尺寸薄壁钛合金筒体结构的离心精密铸造

采用离心精密铸造方法,初步研究了铸造大尺寸薄壁钛合金筒体(直径660 mm,高750 mm,壁厚4 mm)的可行性。结果表明:离心转速较小时,Ti-6Al-4V筒体无法完整充型,而较大的转速可实现完整充型。对于完整充型的筒体,其内部疏松缺陷数量随转速提高而减少。对于给定转速和具有均匀温度场的型壳,筒体中疏松缺陷数量随熔液路径增长而增加。采用Y2O3面层型壳可获得无α壳层的表面质量良好的精密铸件,其内部疏松可通过热等静压消除。铸件的晶粒度随铸件截面厚度变化改变较大,需通过微合金化和后续热处理等措施加以调整。     

TC11 粉末钛合金的微观组织及其形成机理

通过旋转电极制粉及后续的热等静压工艺制备了全致密的TC11粉末钛合金,分析了材料的微观组织,通过理论分析和有限元模拟的方式探讨了材料独特的微观组织的形成机理.分析结果表明:粉末冶金TC11的微观组织主要由条片α+相间β相组成,同时还有部分细小的等轴α分布在粉末颗粒界面处.这种独特的微观组织是由两种工艺共同作用产生的.     

钛合金耳片快速设计方法初探

为较快捷地得到以钛合金Ti-6Al-4V锻件为材料的耳片尺寸参数,同时获得合适的承载效率系数,依据相关文献中关于耳片的3种承载效率系数,并结合常规校核公式,将与耳片尺寸参数相关的关联参数由3种统一为1种、即统一为耳片最小径向截面宽度b与耳片内径D的比值,并拟合了对应的承载效率系数曲线。使用本文的3种拟合曲线,可快速、有效地得到耳片参数b/D与承载效率系数的对应关系,达到快速设计接头耳片的目的。     

飞机钛合金结构损伤单面点焊修理试验研究

根据单面点焊的基本原理,试验确定了飞机结构上常用的TC4钛合金点焊的焊接规律,并分别试验研究了TC4钛合金板材裂纹和圆孔损伤的单面点焊修理效果.研究表明,经单面点焊修理的TC4钛合金损伤板材其强度恢复率能达到无损伤件的85％以上,满足飞机结构原位修复的强度需要.     

TC1钛合金蜂窝夹层结构的钎焊工艺研究与分析

研究了TC1钛合金蜂窝夹层结构试件的钎焊工艺,通过对系列工艺下钎焊界面组织进行观察得出,在930℃/保温15min和一定钎料添加量的条件下,界面析出了TiNi2(Cu,Zr)化合物,且尺寸细小、分布弥散,因而相应钎焊试件的室温拉脱强度平均值较高,可达17MPa。在钎焊过程中,Cu和Ni元素由钎料向母材扩散,使母材β相变温度降低,导致界面魏氏体组织的产生;芯体波纹带间受钎料熔化热影响较大,导致此处魏氏体组织粗大,成为试件的薄弱部位。     

航空发动机双性能盘制造技术与机理的研究进展

具有双重组织的双性能涡轮盘和压气机盘因其优秀的综合性能而成为制造高推重比航空发动机的研究热点.介绍国内外航空发动机用高温合金、钛合金双性能盘的研究进展,对双合金双组织双性能盘和单合金双组织双性能盘进行比较,着重分析两类盘在制造过程存在的主要问题,未来双性能盘的研究重点将落在适合双重热处理的粉末合金和钛合金、双重热处理装置改进、超细晶盘坯和双合金连接弱化方面.     

航空发动机钛火预防技术研究的进展

针对航空发动机防钛火的控制技术,结合国内外相关工作的研究状况,从钛火机制分析、防钛火阻燃合金的作用机制、阻燃钛合金体系研究状况、阻燃涂层的研究及防钛火结构设计等方面,对航空发动机钛火控制技术领域取得的研究成果进行总结和分析.重点论述了各国先进航空发动机中良好的钛火预防技术,并提出我国应建立钛合金启燃与环境(温度、压力、流速)的关系,从根本上解决了阻燃钛合金工程化问题上存在的风险.      

选区激光熔化TC4小裂纹扩展特性数值模拟

发展了一种考虑微观组织的选区激光熔化（SLM）钛合金TC4小裂纹扩展数值模拟方法。基于SLM TC4的微观组织观测结果,利用Voronoi算法并通过晶体取向筛选,实现了微观组织建模。在此基础上,采用扩展有限元法建立了SLM TC4材料小裂纹扩展行为模拟方法,探究沉积方向以及晶粒尺寸、晶体取向等微观组织对小裂纹扩展速率的影响规律。结果表明:沉积方向影响材料的裂纹扩展抗力,沉积方向与裂纹扩展方向平行时,材料抵抗疲劳小裂纹扩展的性能相对更好。晶粒尺寸影响小裂纹扩展速率,晶粒尺寸越大,小裂纹扩展速率越快。晶体取向影响速率的波动性,不同晶体取向材料的小裂纹扩展速率上下界有明显差异。