增材制造工艺及热处理对Ti-6Al-4V合金组织和性能的影响

Ti-6Al-4V(TC4)钛合金是一种使用较为广泛的α+β型两相钛合金,然而,由于增材制造钛合金存在微观缺陷,导致其机械性能低于锻造水平,通常需要进行后处理。本文综述增材制造过程中常见的工艺参数如能量输入功率、扫描策略等以及其他工艺参数如保护气种类、基板厚度、粉末粒度等因素对钛合金微观结构和综合性能的影响,并综合分析增材制造常见的后热处理方式对微观结构与力学性能影响,归纳了新型后热处理方式,如真空热处理、循环热处理等以及多种后处理与热处理综合使用的效果。对增材制造工艺参数的合理选择以及后热处理方式的应用是获得性能优良的钛合金构件的基础,将多种热处理方式综合使用,或将其他后处理方式与热处理综合使用是进一步提升增材制造钛合金构件性能的有效途径,建立一个增材制造工艺参数和后处理工艺统一选择标准则是增材制造领域未来发展的关键。     

天线一体化馈源杯体电弧增材制造探讨

目前论证的天线一体化馈源杯体最大轮廓为0.4 m×3.2 m×4 m,要做到超宽超厚的铝合金结构件需通过专门定制毛坯材料.这种非货架材料制备需改造材料制造设备,导致材料生产周期长、材料成本高,这些制约了航天超大尺寸一体化馈源结构件的制造.为实现超大毛坯的制造目的,文章通过电弧增材制造毛坯的工艺方法,得到了满意的试验结果.研究结果表明,采用连续短直线成形路径,且将起、熄点置于零件外侧的成形方法,可获得成形良好、无肉眼可见缺陷的零件,为超大毛坯制造提供了一种新的思路.     

GEO卫星结构屏蔽设计与性能分析

地球同步轨道(GEO)卫星在轨期间将遭遇空间带电粒子辐射,导致的电离总剂量效应会损伤星上的电子元器件。在对GEO卫星典型结构进行屏蔽设计时,采用钽箔等材料对卫星结构大开口处进行封堵,又用屏蔽厚度的实体相交法求解卫星的屏蔽性能。建立卫星的三维屏蔽厚度模型,对比屏蔽设计前后的总剂量值,同时分析该封堵方法对卫星机热系统的影响。通过对GEO卫星结构三维屏蔽性能的分析,验证了该封堵方法的有效性。     

V型皱褶芯材夹层结构强迫对流传热与热应力分析

V型皱褶芯材夹层结构与强迫对流冷却相结合,可应用于高超声速飞行器或大功率电子器件承载和散热的多功能设计。文章采用数值仿真方法对强迫对流条件下V型皱褶芯材夹层结构的换热及其产生的热应力进行研究,获得了相应的速度场、温度场及结构热应力分布。结果表明:强迫对流条件下,V型皱褶芯材夹层结构的换热性能明显提高,同时导致较大的压力损失。流体速度场随着几何构型的改变而发生周期性的变化,在结构偏折处波峰一侧流速达到最大,对流换热得到增强;沿着冷却液流动方向,结构与冷却液的温度逐渐升高,并伴随着周期性的波动;皱褶芯材夹层结构的整体换热能力随着入口流速的增大而增强。热流输入侧的面板热应力和变形均较大,结构皱褶部位存在应力集中。     

增材制造复杂金属构件表面抛光技术

增材制造可以满足航空航天领域对零件的高复杂性、高性能、轻量化以及多功能化的要求,但其制造复杂金属零件时在综合性能、表面质量和成形精度上仍然存在不足,必须经过表面抛光处理才能达到航空航天零件高使役性要求。通过综合国内外文献资料,详细介绍了化学抛光、电解抛光、磨粒流抛光和激光抛光这4种可达性较强的表面抛光技术的原理方法以及应用现状,接着分析了增材制造技术和表面抛光技术的发展趋势,最后进行了总结和展望。提出增材制造与表面抛光工艺相结合的工艺优化思想,并指出研制绿色智能的一体化技术装备是当前面临的重大挑战。     

金属与复材机舱壁板隔声量仿真及声学优化

为研究金属及复材对机舱壁板隔声量的影响,建立了隔声量的统计能量模型,并通过均质铝板隔声量的理论计算结果及有限元仿真结果验证其有效性,利用该统计能量模型分析了不同铺层方式对复材板隔声量的影响,对比了等厚度、等面密度条件下金属板和复材板的隔声性能差异,最后通过铺设阻尼优化了复材板的隔声性能。分析结果表明：单向层厚度以及铺层层数的改变对复材板隔声量影响很小;厚度相同时,铝板的隔声量明显高于复材板,而面密度相同时,在高于2 500 Hz的高频段,铝板的隔声量高于复材板,其余频率下二者隔声量相近;阻尼优化后的复材板与优化前相比在2 500 Hz、3 150 Hz和4 000 Hz三个频率处隔声量分别提升1 dB、4.1 dB和18.6 dB,其他频率处隔声量变化较小,证明使用阻尼材料可以有效提高复材板的隔声性能。     

一种用于复合材料整体结构填充区的增强芯材

介绍了可添加于整体结构填充区的ZXC190、ZXC195增强芯材以及添加这种增强芯材接头试验件的制造工艺与拉伸强度试验方法,给出了试验件的拉伸初始损伤载荷和破坏载荷.试验结果表明:ZXC190、ZXC195增强芯材与单向带预浸料相比,其接头试验件沿腹板方向的拉伸强度有大幅度提高.     

2195铝锂合金搅拌摩擦增材制造成形与性能研究

搅拌摩擦增材制造作为一种新型固相增材制造技术,能够有效避免高强铝锂合金元素烧损的同时获得高性能增材构件。本文提出自限位搅拌摩擦增材制造方法,以铝锂合金带材为原料制备多层增材结构件。结果表明,搅拌摩擦增材区内材料流动充分,层间冶金结合良好。增材层晶粒尺寸和沉淀相分布主要受热–机械效应影响,搅拌道次越少的区域,热机效应小,沉淀相越多,硬度越高。单层增材厚度1 mm,增材速率达200 mm/min,增材区硬度最高为126.8HV,达到2195–T8铝锂合金的79.3%。同时,由于部分Cu元素固溶于增材区,搅拌摩擦固相增材区的耐腐蚀性能优于母材。     

打印方向对SLM增材制造点阵结构力学性能的影响分析

为研究激光选区熔化（SLM）增材制造技术的制造方向对点阵结构力学性能的影响,基于不同的打印角度,制备了4组不同相对密度的Ti–6Al–4V面心立方（PC）点阵试样,并开展了力学性能数值仿真、试样微观形貌观测及单轴压缩试验。结果表明,不同打印方向引起的制造缺陷会造成点阵结构等效杨氏模量及失效模式的改变,低密度点阵结构呈现出无特定规律的“逐层坍塌”破坏,高密度点阵结构为整体“剪切”破坏;点阵结构支杆缺陷随打印方向与支杆夹角增大而增大,同时引起点阵结构等效杨式模量的各向异性,低密度点阵结构的制造缺陷对打印方向更敏感,在相对密度为0.1138时,不同打印方向的等效杨氏模量最大差异达14.6%;由于增材制造的内部缺陷,导致基于均质化理论的仿真结果相较试验值偏高。     

扫描速度对激光定向能量沉积Al2O3–ZrO2梯度陶瓷微观组织及力学性能的影响

功能梯度陶瓷作为能够兼顾结构和功能的新型陶瓷材料,其材料组成和性能可以根据需要呈现连续的梯度变化,因此在航空航天、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。激光定向能量沉积技术克服了传统陶瓷制备方法在烧结变形及过渡界面明显的局限性,能够实现功能梯度陶瓷材料性能的区域可控制造。然而采用定工艺参数成形时,功能梯度陶瓷不同组分的性能无法同时达到最佳,因此就扫描速度对Al₂O₃–ZrO₂梯度陶瓷中各比例复合陶瓷材料的影响规律展开了研究。在确定各比例复合陶瓷优选扫描速度的基础上,实现了Al₂O₃–ZrO₂梯度陶瓷的变参数优化成形。结果表明,低速扫描条件下(200 mm/min、300 mm/min),α-Al₂O₃柱状晶定向生长倾向明显,但高ZrO₂含量(质量分数)复合陶瓷材料宏观裂纹明显。扫描速度逐渐提高有助于晶粒尺寸减小,但过高的扫描速度(400 mm/min、500 mm/min)导致样件内部ZrO