TiAl基合金格栅结构预制空位拉制成形研究

为解决TiAl基合金板材制备困难、成形性能差以及难以采用传统方法制造格栅结构的问题,采用预置空位拉制成形方法制造TiAl基合金格栅结构。在烧结温度1150℃、烧结压力30 MPa、保温时间2 h条件下,通过预合金粉末热压烧结工艺制备TiAl基合金。TiAl基合金板料预制空位拉制成形温度为990℃,应变速率为0.001 s^(-1)。结果表明,随着板材变形长度增加,空位形状变化为纵向菱形→正方形→横向菱形,空位沿板材分布比较均匀,与模拟结果相符;板材最大拉应变位置由空位圆角处转移到空位交叉处,最大拉应变值为0.5。当TiAl基合金预置空位板材变形长度最大达到89 mm时,变形区伸长率为112%。

热处理对2195铝锂合金微观组织与力学性能的影响

对T8态2195铝锂合金板材实施不同条件下的固溶处理(430、 450、 470、 490和510℃)以及时效处理(18、 24和36 h),通过室温拉伸试验对固溶和时效处理后合金的抗拉强度与伸长率进行测量,采用SEM、 XRD、 EBSD和TEM对拉伸断口及微观组织进行观察。结果表明:固溶处理后的应力-应变曲线存在锯齿流变现象,但时效处理后消失,推测其产生的原因是波特文-勒夏特利埃效应。固溶处理可以有效提升合金的塑性,而时效处理则提高了合金的强度。进一步分析固溶与时效过程中的微观组织变化发现, β′相不参与固溶与时效析出,时效处理后强度的增加源于θ′相和δ′相析出产生的沉淀强化及弥散强化作用。

工艺参数对5A90铝锂合金扩散连接质量的影响规律

采用金相显微镜、扫描电镜和真空热压烧结炉等设备探究了5A90铝锂合金的扩散连接工艺。结果表明,在扩散连接过程中,随着温度的升高和保温时间的延长,试样中白色强化相增多,空洞减少,焊合度明显提高。剪切强度随扩散连接温度的提高而降低,随保温时间的减少而降低,进而使连接强度降低;这主要是由于扩散温度及保温时间对原子扩散过程产生影响。试样界面15μm的粗糙度避免了氧化铝薄膜的过厚,并保证了扩散连接时接头处的局部接触,使氧化膜破裂,得到最佳接头质量。典型参数下的断裂发生在母材中,以穿晶断裂为主要断裂形式,证明了5A90铝锂合金扩散连接接头的可靠性。通过对比分析,得到扩散连接最佳工艺参数为:连接温度540℃、保温2.5 h、表面粗糙度15μm。

Ti含量对Nb-Si-Mo-Ti系合金组织性能的影响

为研究Ti含量对Nb-Si系合金组织及性能的影响,以机械球磨和SPS烧结技术结合的方法制备了Nb-16Si-10Mo-x Ti(x=0,2,4,6,8,10)合金,对x不同时的合金在室温、1200℃时的组织及力学性能进行探究。结果表明:Ti含量增多,Ti ss韧性相逐渐增多并聚集,组成相包括Nb ss、Nb 5 Si 3和Ti ss相。室温下,合金弯曲强度、断裂韧性等有所提高,硬度下降,抗压强度先降后增,x=0时,抗压强度最高为2300 MPa,而Nb-Si-Mo-Ti系合金抗压强度最高为2200 MPa,且断裂方式由脆性断裂转变为复合断裂。1200℃下,抗压强度先降后增,x=0时,最高为605 MPa,随Ti含量增加,Nb-Si-Mo-Ti系合金抗压强度最高可达470 MPa,同时有较好塑韧性。1200℃压缩后,组织细化,韧性相沿垂直于压缩方向拉长,硬脆相则被挤压到韧性相内部或表面分布。

TA15钛合金局部减重中空双层结构超塑成形/扩散连接工艺

在应变速率为0.001 s^(-1)、0.005 s^(-1)、0.01 s^(-1),温度为880℃、900℃、920℃、940℃的条件下对TA15钛合金进行了高温拉伸试验,材料在920℃以上、0.005 s^(-1)以下的延伸率可超过500%,具有优异的超塑性能。计算了TA15钛合金的本构方程及在应变速率为0.005 s^(-1)时,不同温度下的应变敏感性指数m值和材料常数K值。通过超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺,采用有限元模拟对双层结构件的壁厚分布进行分析,并获得了气压加载压力–时间曲线。在温度为920℃时,采用预镂空面板制得了局部减重的中空双层结构件,最小壁厚为0.31 mm,采用超声波C扫描对零件的扩散面积进行分析,结果表明,焊合率高于95%。

TA15钛合金超薄中空四层结构超塑成形/扩散连接一体化成形及精度控制

本文采用TA15钛合金热轧薄板作为原材料,探究超薄中空四层结构的超塑成形/扩散连接工艺。首先通过高温拉伸试验对TA15钛合金的超塑变形行为进行研究,获得了超塑成形过程的应力–应变曲线。然后通过有限元软件对薄壁横向局部贯通四层纵筋结构的超塑成形过程进行模拟,对成形过程中壁厚减薄、应力分布等行为进行研究,为后续超塑成形/扩散连接试验提供有效指导。最终成功制备了芯板直立筋良好、三角区宽度仅0.9 mm的超薄中空四层结构,其中面板最大减薄率为18.6%,芯板最大减薄率为55.1%,芯板与面板之间扩散连接区域的焊合率为92.1%~98.5%。TA15钛合金板材的原始显微组织晶粒细小破碎且呈等轴状,平均晶粒尺寸小于5μm,经长时间的超塑变形与热暴露后晶粒显著长大。

变摩擦正反向超塑成形壁厚均匀的TC4钛合金深筒形件

TC4钛合金深筒形件厚度精度要求为（1.6±0.2） mm，据此设计了多种预成形模形状，采用MARC有限元模拟研究不同形状预成形模对最终深筒形件侧壁厚度分布的影响规律及不同预减薄区域的作用。分析预成形模和终成形模的表面摩擦系数分别对成形件壁厚分布的影响，并提出模具型面变摩擦控制厚度分布的方法。结果表明：预成形模对于板料压边部分环形带区域和筒形件底部区域的局部预减薄，对最终侧壁的厚度分布有非常大的改善。同时，合理地增大预成形模的表面摩擦能显著增加预成形的局部减薄作用，对于提高工件最终壁厚分布的均匀性有利。减小终成形模的摩擦，可以使板料趋于整体变形，壁厚分布趋于均匀。根据模拟结果，采用机械加工方法增加预成形模表面摩擦系数，在终成形模表面喷涂BN润滑剂降低摩擦系数。最后，通过正反向超塑成形试验制得厚度分布在1.50~1.78

变摩擦控制厚度分布的TC4深筒形件正反向超塑成形

以正反向超塑成形厚度均匀的TC4钛合金深筒形件为背景，采用MARC有限元模拟分析了正反向超塑成形时预成形模和终成形模的表面摩擦系数对成形件壁厚分布的影响。结果表明：合理地增大预成形模的表面摩擦力能显著增加预成形的局部减薄作用，对于提高零件最终壁厚分布均匀性有利。同时，合理减小终成形模的摩擦力，可以使板料整体变形均匀化，壁厚分布趋于均匀。根据模拟结果，采用机械加工方法增加预成形模表面粗糙度以增大摩擦力，在终成形模表面喷涂润滑剂以降低摩擦力，通过正反向超塑成形实验制得厚度分布在1．50～1．78mm范围内的航天用TC4钛合金深筒形件，比普通正反向超塑成形件厚度分布（1．18～2．24mm）有了很大改善。

控制厚度分布的变摩擦正反向超塑成形

为研究摩擦力在超塑成形中对工件厚度分布的影响规律,以正反向超塑成形侧壁厚度均匀的TC4深筒形件为背景,采用MARC有限元数值模拟分析了预成形模和终成形模的表面摩擦系数在正反向超塑成形时对成形件壁厚分布的影响.结果表明:合理地增大预成形模的表面摩擦力能显著增加预成形的局部减薄作用,对于提高零件最终壁厚分布均匀性有利.同时,终成形模摩擦力的减小,可以使板料趋于整体变形,壁厚分布趋于均匀.根据数值模拟结果进行了变摩擦正反向超塑成形试验,制得了厚度分布在1.50～1.78mm范围内的航天用TC4钛合金深筒形件,比普通正反向超塑成形件厚度分布(1.18～2.24mm)有了很大改善.

超声波振动对钛箔拉伸性能及位错分布的影响

以研究超声波振动条件下钛箔的塑性变形特征和位错分布为目的,通过超声波辅助单向拉伸实验和微观组织分析研究不同超声波振动施加方式对钛箔塑性拉伸变形过程中的应力-应变、伸长率及位错分布的影响规律。结果表明:超声波振动过程中钛箔的流动应力最大降幅可以达到约80%,材料的伸长率从未施加超声时的40.33%最大增加至54.46%。通过TEM可以发现超声波振动条件下位错呈现平行分布的趋势且无大量缠结出现,而未施加超声拉伸的试样中位错的分布则显得杂乱无章且缠结严重。

TC4深筒形件超塑预成形模具型面设计及变摩擦厚度控制

以正反向超塑成形厚度均匀的TC4钛合金深筒形件为背景(厚度精度要求1.6mm±0.2mm),设计了多种预成形模形状,采用MSC.MARC有限元模拟研究了不同形状的预成形模对深筒形件侧壁厚度分布的影响,并分析了预成形模和终成形模的表面摩擦系数分别对成形件壁厚分布的影响,提出了模具型面变摩擦控制厚度分布的方法。结果表明:预成形模对压边部分环形带区域和筒形件底部区域的局部预减薄,对最终侧壁的厚度分布有非常大的改善。同时,合理地增大预成形模的表面摩擦能显著增加预成形的局部减薄作用,对于提高工件最终壁厚分布均匀性有利。减小终成形模的摩擦,可以使板料整体变形均匀化,壁厚分布趋于均匀。根据有限元分析结果,对模具表面进行处理,并通过正反向超塑成形实验制得TC4钛合金深筒形件,其厚度分布满足1.6mm±0.2mm。

厚度近均匀分布的Ti6Al4V钛合金筒形件超塑成形(英文)

采用MSC.MARC软件设计不同形状的预成形模具,采有限元模拟方法研究预成形模具和终成形模具的表面摩擦因数对筒形件侧壁厚度分布的影响规律。结果表明:对预成形模具压边部分环形带区域和筒形件底部区域进行局部预减薄有利于筒形件厚度的均匀分布。当预成形模具表面的摩擦因数达到0.57时,局部减薄效果最明显,有利于最终的厚度分布。终成形模具的表面摩擦因数为0时,板料趋于整体变形,厚度分布区域均匀。通过机械加工增加预成形模具的摩擦因数,通过喷涂BN陶瓷粉末降低终成形模具的摩擦因数,最终,采用正反向超塑成形成功制得厚度分布为1.50~1.78mm的TC4钛合金深筒形件。

Ti-6Al-4V义齿基托超塑成形及其精确性分析

对Ti-6Al-4V义齿基托超塑成形进行了实验研究,对其精确性进行了分析。将ZrO2-TiO2陶瓷粉末与聚乙烯醇(PVA)溶液进行混合,压模成形后,在1300℃时无压烧结3h,制成与口腔形状吻合的、具有足够强度的超塑成形用陶瓷模具。在925℃时,采用超塑性胀形法可将0.8mm厚的Ti-6Al-4V薄板成形为义齿基托。对超塑成形制件的尺寸进行测量,得出的平均厚度与坯料相比减小了约21%。采用陶瓷圆柱压痕方法测量的结果表明,热膨胀对义齿基托的尺寸精度影响不大,另外,义齿基托制件的厚度分布较均匀,不影响义齿基托与口腔的贴合,可满足普通临床需要。

超声波振动条件下磁控溅射纳米材料的超塑变形研究

根据高性能纳米材料高精度成形的发展需求,介绍了磁控溅射纳米材料的组织及力学特性,分析了磁控溅射纳米材料超塑成形的优缺点,描述了大功率超声波振动对超塑成形的促进作用。综述了国内外超声波辅助塑性成形的发展现状及最新研究进展,提出了超声波振动辅助超塑成形的发展趋势。

采用线膨胀系数可控ZrO_2-TiO_2陶瓷模具的钛合金高精度超塑成形

对线膨胀系数可控的ZrO2-TiO2陶瓷模具及钛合金高精度超塑成形进行了系统研究。探讨了TiO2体积分数和相对密度对ZrO2-TiO2陶瓷的线膨胀系数的影响规律,并引入相对密度修正模型——Turner模型来准确预测复合陶瓷材料的线膨胀系数。采用压痕法检测了与TC4钛合金等膨胀系数的ZrO2-TiO2陶瓷模具的超塑成形精度。在925℃下,利用ZrO2-TiO2陶瓷模具进行超塑成形,其使用性能良好。结果表明:ZrO2-TiO2陶瓷的线膨胀系数随TiO2体积分数的增加而减小,随相对密度的增加而增加。采用线膨胀系数优化的ZrO2-TiO2陶瓷模具,成形精度误差大幅降低,不超过0.1%,且陶瓷模具具有足够的热机械性能进行超塑成形,使用性能优良。

固溶温度对Ti_2AlNb基合金组织演变的影响

以有序O相为基的Ti2Al Nb基金属间化合物合金在航空领域具有广阔的应用前景。鉴于由O,B2和α2三相构成的Ti2Al Nb基合金力学性能对相构成和组织敏感,采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、X-射线衍射等分析手段,研究了不同固溶处理温度下Ti2Al Nb基合金组织演变的规律。研究结果表明,随着固溶温度升高,O相向B2相转变,原始状态中的α2相随固溶温度升高逐渐消失。固溶温度决定了材料中O,B2和α2三相的含量及最终组织形貌,也决定了材料的性能。

轻合金板材超塑成形中的脉冲电流加热方法及其宏微观分析

为提高轻合金板材超塑成形过程中的加热效率,降低能耗,提出一种脉冲电流快速加热方法。通过电热学理论及脉冲电流加热试验,系统研究电流密度对不同材料升温速率及最终加热温度的影响,并采取在电极处布置阻热片的措施,提高板材加热时温度场的均匀性;此外在微观层面,利用电热耦合有限元法及金相显微分析方法,简要分析加热过程中脉冲电流对轻合金板材内部裂纹、孔洞等缺陷及板材晶粒尺寸的影响。结果表明,由于加热时间极短,有效地避免板材内部晶粒的过度长大,并且高密度的脉冲电流可对板材原有缺陷起到一定的抑制作用。以AZ31镁合金超塑成形工艺为例进行试验验证,确定合理的脉冲电流加热参数,试验结果表明,与传统加热方法相比,采用脉冲电流直接加热方法,可有效提高加热效率、降低能耗。

连续玻纤/PE增强复合带弹性参数计算方法

为研究连续玻纤/PE增强复合带的弹性性能,建立了连续玻纤/PE增强复合带模型,并对其材料及结构提出了基本假设,在此基础上采用理论公式法求解了复合带的弹性参数.建立了复合带在单向拉伸状态下的有限元模型,对玻纤与PE进行了位移耦合处理,求得了复合带沿玻纤长度方向的弹性模量,该结果与理论结果吻合很好.通过拉伸实验获得了复合带玻纤长度方向与带宽方向的弹性模量,带宽方向的弹性模量与理论结果吻合;而在玻纤长度方向上,由于加工工艺、材料状态等与假设条件之间的偏差,以及实验测试过程中存在的误差,其弹性模量与理论解、数值解相比偏低.

Ti_2AlNb合金超塑成形/扩散连接工艺研究

为研究Ti_2AlNb合金的超塑性及其成形性能,在920~960℃温度区间,应变速率10^(-3)-10^(-5)s^(-1)范围内对该材料的超塑性进行了研究,结果表明该材料在960℃,1×10^(-4)s^(-1)应变速率时具有较好超塑性,最大延伸率可达230%,应变速率敏感性指数为0.31;用Marc软件模拟了Ti_2AlNb合金的3层结构超塑成形过程,对缺陷形成进行分析,分析表明在芯板厚度为面板厚度1/3时,可改善3层结构表面缺陷;用超塑成形/扩散连接工艺实现了Ti_2AlNb合金3层结构的制备,并通过改变芯板和外层面板的厚度比改善了3层结构表面缺陷,结果表明,采用合理的工艺方式及工艺参数能够实现该合金的空心夹层结构的制备.

Ti60/TA15合金四层结构舵面超塑成形/扩散连接技术研究

采用有限元软件对芯板的超塑成形过程进行了分析,获得了壁厚分布规律曲线和气压加载p–t曲线。在温度为920℃时,制得Ti60/TA15四层结构舵面样件,并对舵面进行了壁厚分析。结果显示,最小壁厚为1.24mm,最大壁厚为1.80mm。采用三维扫描对Ti60/TA15合金四层结构舵面的型面进行分析。结果表明,90%以上型面的公差在±0.2mm以内,整体型面的公差不超过±0.5mm。对扩散连接界面进行了金相分析。得出在温度为920℃时,TA15同种材料之间以及Ti60/TA15异种材料之间的扩散连接界面基本消失,3种扩散连接界面处已经看不出空洞。