电子束熔化成形Ti-6Al-4V钛合金研究进展和应用现状

电子束熔化成形技术(EBM)具有成形速度快、能量利用率高和真空环境无污染等优点,适合于Ti-6Al-4V钛合金的制备,在航空航天、生物医疗等领域得到广泛应用。然而,EBM成形Ti-6Al-4V钛合金构件仍然存在的内部孔隙、粗糙的表面和残余拉应力等缺陷,严重影响了成形件的疲劳性能。通过工艺参数的优化及后处理工艺,如热等静压和表面处理等,可以显著改善EBM成形件的疲劳性能。综述了EBM成形Ti-6Al-4V钛合金的成形工艺、微观组织、力学性能和典型的应用现状。重点讨论了影响疲劳性能的因素,并总结了一些提高疲劳性能的后处理方法。最后对EBM技术未来的发展前景进行了展望。     

TC4钛合金锥形环热辗轧应变及温度场对轧辊尺寸的响应规律

 提出采用等效半径来描述锥形轧辊(驱动辊和芯辊)及锥形环坯的呈线性变化的径向尺寸,进而建立了确定锥形环件辗轧关键工艺参数合理范围的方法。基于ABAQUS软件平台,研究建立了TC4钛合金锥形环热辗轧三维热力耦合有限元模型,进而模拟阐明了TC4钛合金锥形环热辗轧过程应变及温度场对轧辊尺寸(等效半径)的响应规律与机理。主要结果表明:随着驱动辊等效半径增大,环件内侧等效塑性应变及温度明显增大,环件温度分布越均匀;随着芯辊等效半径增大,环件内侧等效塑性应变及温度明显减小,温度分布越不均匀;驱动辊和芯辊各存在一个最佳的等效半径,使得环件应变分布最均匀。     

电镀硬铬工艺对TC6钛合金性能的影响研究

研究了电镀硬铬工艺对TC6钛合金的影响,利用氢测定仪、拉伸试验机、疲劳试验机等设备对镀铬后TC6钛合金的氢含量、力学和疲劳等性能进行了研究。结果表明:TC6钛合金电镀硬铬后基体氢含量显著提高,氢含量合格但接近上限,不能通过氢脆实验。建议TC6钛合金电镀硬铬工艺不应用在高应力集中及高承载部位,以避免氢脆发生。抗拉强度基本不变,伸长率和断面收缩率有所降低,分别降低17.3%和24.0%。TC6钛合金电镀硬铬后由于镀层造成的残余拉应力,使得疲劳极限显著降低,由626.0MPa降低至201.3MPa。     

不同喷丸强度对TC17钛合金抗疲劳性能影响

为提升TC17钛合金抗疲劳性能,对其表面进行喷丸处理。通过旋转弯曲疲劳试验、断口分析、残余应力场分析、表层组织分析及喷丸前、后钛合金表面完整性分析等手段,开展不同喷丸强度对TC17钛合金抗疲劳性能影响研究。结果表明：喷丸强化后钛合金表面粗糙度增大,由0.315μm变为0.5～1.0μm;表层发生塑性变形,晶粒发生细化;表面引入残余压应力,残余压应力层深约为125～151μm,最大残余压应力位于层深30μm附近处。0.3 mm·N喷丸状态旋转弯曲试样疲劳寿命优于其他状态试样,在740 MPa和840 MPa应力水平下,分别比未喷丸状态试样疲劳寿命提升4.5倍与7.5倍。疲劳寿命提升归因于试样表层晶粒细化、高密度位错组织及残余压应力对疲劳裂纹萌生与扩展的抑制作用。0.35 mm·N与0.4 mm·N喷丸状态试样疲劳寿命下降与喷丸强度过大时试样表面粗糙度高,并有脱层及微裂纹生成有关。     

钛合金在典型民用飞机机体结构上的应用现状

民用飞机机体结构通常采用钛合金以实现结构减重、改善疲劳寿命、提高耐腐蚀性,当代先进的民用飞机普遍提高了钛合金的用量。从钛合金的特点及其应用优势出发,介绍了钛合金在先进民用飞机机体结构中的应用现状并分析原因,总结并提出了钛合金在民用飞机机体结构上应用的机遇和挑战,为我国民用飞机的研发和发展提供参考和借鉴。     

钛合金超塑性成形过程的数值模拟

以TC4合金层板结构的超塑性成形过程为研究对象,采用有限元软件MARC模拟计算了TC4合金宽弦空心夹芯结构的超塑性成形过程。分别分析了应变速率敏感指数、目标应变速率及扩散连接宽度等参数对贴模过程及壁板厚度分布的影响。结果表明:当应变速率敏感指数较大时,夹芯结构会发生沿纵向挤出延伸变形;当目标应变速率为10-3时,材料表现出较佳的超塑性性能;而扩散连接宽度的大小对超塑性成形后板材壁厚分布的均匀性有一定影响。通过控制最大应变速率的方法,提取出了最优化的压力时间曲线。研究结论可为钛合金空心夹芯结构件的超塑性成形提供理论参考。     

TC4钛合金和7475铝合金的长裂纹和小裂纹扩展特性的研究

研究了TC4钛合金和7475铝合金在应力比R=0.5,0和-1恒幅载荷下的长裂纹和小裂纹的扩展行为。小裂纹试验采用单边缺口拉伸试样,裂纹从半圆形缺口根部自然萌生。研究结果显示,TC4钛合金在恒幅载荷下,未显示出小裂纹效应。该现象与小裂纹扩展初期出现明显的裂纹偏析和分叉有关。小裂纹起始寿命较长,裂纹起始寿命约占疲劳寿命的20%~55%。7475-T7351铝合金在低应力比(R≤0)下的低应力强度因子范围内,存在经典的小裂纹效应,小裂纹起始于孔壁表面的第二相质点团或空洞处,夹杂质点团较之单个杂质点对裂纹的萌生更有害,裂纹起始寿命约占疲劳寿命的15%~29%。     

钛合金锪钻改进与优化设计

在深入分析钛合金材料特性及切削性能的基础上,针对钛合金锪钻在锪制过程中存在的典型问题提出了相应的改进和优化设计方案,验证试验证明可大幅度提高国家某重点工程用钛合金零件的加工效率。同时,为其他钛合金加工刀具的研究和设计提供了重要的理论基础。     

钛合金焊接结构在先进飞机中的应用及发展

钛合金具有密度低、比强度高、抗腐蚀性能优异等一系列特点,是先进飞机制造中重要的结构材料.钛合金焊接技术在现代飞机制造工程中占有重要的地位,是一种特殊的制造工艺技术.本文重点论述了钛合金焊接的主要特点及存在问题,同时论述了美国及俄罗斯钛合金焊接结构在先进飞机制造工程中的应用现状与发展.     

TC6钛合金的超塑性变形研究

 通过高温拉伸力学实验研究了T C6 钛合金在高温下的流动特性, 并利用扫描电镜观察了拉伸断口形貌, 分析了该合金的拉伸断裂机制。实验结果表明: ① 变形温度的升高和应变速率的降低, 有利于提高TC6钛合金的塑性变形能力; ②TC6 钛合金的最佳超塑性变形工艺参数为950 ℃, 0. 001s^{- 1}, 最大延伸率为267%;③T C6 钛合金在拉伸断裂时以韧性断裂为主, 但在不同的变形温度和变形速率下伴随着不同程度的脆性断裂;④拉伸断裂从夹杂物或第二相粒子开始, 且随着变形温度的升高和应变速率的降低, 解理断口的比例减小, 韧性断裂特征变得明显。