航空钛合金抗疲劳表面改性技术研究进展

重点介绍了提高钛合金疲劳性能的表面改性技术的最新研究进展。主要从喷丸强化、激光冲击强化、挤压、滚压、离子注入、滚磨光整加工、水射流喷丸等典型方式对钛合金的加工能力、作用机理,以及加工后零件的残余应力水平和疲劳性能等方面进行了阐述,以期为航空钛合金零件的表面改性提供借鉴。     

X射线法测试钛合金结构件残余应力的适用性研究

利用四点弯曲机加载的钛合金板材试样及高应力钛合金标样模拟结构件表面测试状态,研究X射线法测试复杂钛合金构件表面残余应力的适用性。结果表明:表面曲率及β角扫描范围对测试结果影响不显著;径向测试面倾角大于20°时测试重复性急剧变差,超过30°时结果不可使用,轴向测试面测试结果随倾角增大而减小,30°时减小超过20%。     

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.     

载荷水平对HCF寿命分散性影响的有限元模拟

给出了基于晶体塑性理论的高循环疲劳（HFC）寿命分散性有限元模拟方法.针对典型钛合金TC4的微结构特征,采用Voronoi方法建立其晶粒模型,建立钛合金晶体塑性本构方程,计算模拟了应力水平对疲劳寿命分散性的影响,给出表征疲劳寿命分散性的参数.结果表明：应力水平越低,疲劳寿命越长,疲劳寿命的分散性越大,与实验规律一致.     

TC17钛合金焊接及局部热处理残余应力的数值模拟

对TC17钛合金平板的氩弧焊焊接和焊后热处理过程进行了数值模拟,模型中考虑材料相变和蠕变,计算得到焊接和热处理过程中的温度场演变情况和热处理前后残余应力分布规律。结果表明,由于存在较大的热输入,焊后产生了较大的残余应力,焊缝附近的HAZ区域纵向残余拉应力达到了650MPa左右,热处理后降低至160MPa左右。采用小孔法和X射线衍射仪测量了试件的残余应力,模拟计算得到的残余应力值与小孔法测试结果符合性较好。     

八面钻超声振动钻削钛合金出口毛刺形成机理

钛合金在传统麻花钻常规钻孔后,会产生较大的孔出口毛刺,这将导致孔出口去毛刺困难且影响紧固件装配质量。本文引入一种八面钻新刃型刀具,并利用超声振动钻削技术,进行了八面钻超声振动钻削钛合金出口毛刺形成的基础理论和试验研究。理论分析了普通钻削和超声振动钻削的出口毛刺形成过程以及超声振动钻削的出口毛刺降低机理,同时试验验证了超声振动钻削的出口毛刺降低效果。结果表明:相比于钛合金普通钻削,超声振动钻削极大地提高了钻头刀具的切削能力,分别降低了钻削力16%~20%、切削温度18%~21%和出口毛刺高度82%~89%,有效降低了装配过程的去毛刺困难和生产成本。     

TC4叶栅环等温成形规律研究

针对高肋、薄壁钛合金叶栅环的结构特点,借助三维有限元模拟方法,分析了等温成形中始锻温度、下压速度和摩擦因子对叶栅环成形质量的影响规律。选取优化后的工艺参数进行物理实验研究,结果表明,始锻温度为920℃,下压速度为0.5 mm/s,摩擦系数为0.1时的工艺条件下,可以得到满足质量要求的等温锻件。     

TC11合金热变形特性及变形参数对组织的影响

通过热模拟压缩试验,分析了TC11合金的高温变形特性及不同变形参数下的组织演化规律,用非线性回归方法建立了TC11合金Kumar型材料的本构关系,得出了TC11合金的高温流变曲线基本呈流变软化特征的结论;最后应用MSC,Autoforge软件对TC11合金某型号涡轮盘的等温锻造工艺进行了模拟式工艺设计,验证了TC11合金材料本构关系的工程适用性.     

连续加热时γ-TiAl激光快凝组织及其性能的变化

为认识超塑扩散连接机理,研究了γ-TiAl基合金表层激光快速熔凝组织在连续加热过程中的相转变规律及硬度变化.结果表明,在以10℃/min连续加热时,γ-TiAl激光表面快速熔凝组织在750℃左右发生α₂→γ相转变,在860℃左右其组织由枝晶组织转变为细小的等轴晶组织,硬度值也出现了相应变化.上述细晶组织为合金的超塑扩散连接提供了良好的基础.     

宇航钛合金气瓶优化设计与实验验证

本文用有限元法对7升TC4钛合金气瓶进行应力分布计算和结构优化设计，并用水压爆破试验对优化结果进行试验验证。结果表明：结构优化设计使气瓶接嘴部分最大经向应力降低136MPa，约13％，7升气瓶减重210g，约7.7%，提高了气瓶的实际水压爆破压力。