电弧增材制造TC4微观组织调控及力学性能研究

目的 研究固溶时效处理对电弧增材制造TC4钛合金微观组织和力学性能的影响规律。方法 设置了1组时效处理(AT,600℃/2 h/空冷)和2组固溶+时效处理(SA1,800℃/1 h/炉冷+600℃/2 h/空冷;SA2,870℃/1 h/炉冷+600℃/2 h/空冷)策略,对电弧增材制造TC4钛合金进行了热处理试验。通过扫描电镜(SEM)进行微观组织形貌和断口形貌观察,通过拉伸试验机进行室温力学性能测试。结果 沉积态试样的微观组织均匀性较差,主要由马氏体α’相、网篮组织、不连续的晶界α相(α Grain Boundary,αGB)和集束组织构成。AT并未完全消除马氏体α’相,但提高了其延展性。经固溶+时效处理后,马氏体α’相消失,晶粒内部主要由网篮组织和αGB组成。平均抗拉强度由沉积态的999.67 MPa降低到SA2的936.46 MPa,而平均延伸率从6.23%提高到12.48%,且SA2样品显示出更低的力学性能各向异性。其中沉积态试样抗拉强度、屈服强度和延伸率的各向异性值(IPA)分别为4.82、0.96和28.7。SA2试样抗拉强度、屈服强度和延伸率的IPA分别为0.3、0.42和5.56。结论 固溶时效处理有助于提高电弧增材制造TC4钛合金微观组织均匀性,并显著降低力学性能的各向异性。

30CrMnSi钢CO_(2)焊接冶金缺陷形成机制研究

目的解决30CrMnSi钢焊接性差,用CO_(2)气体保护焊接时易产生裂纹、气孔等缺陷的问题。方法通过刚性拘束焊接裂纹试验模拟某型飞机后边条盒段在实际焊接过程中母材所受到的拘束,针对焊接裂纹类型及形态,确定焊接裂纹的形成机制。同时,对焊缝中的气孔进行了分析。结果接头中容易产生冷裂纹,在高应力条件下,应力集中发生在微裂纹尖端,最终在氢的影响下开裂。结论采用能量密度比较集中的TIG焊替代原来采用的CO_(2)气体保护焊有利于减少或消除气孔缺陷。可以通过优化结构设计和焊接次序,降低应力集中,来减轻焊接热作用对裂纹敏感性的影响。同时,避免在拐角处或焊接可达性差的位置施焊,可以降低气孔率。

微细丝与异种材质多股导线精密电阻钎焊实验装置开发

针对航空传感元器件中铂电阻引线与异种材质多股导线连接的技术需求,研制了一种用于微细丝与异种材质多股导线精密电阻钎焊的装置。该装置结构简单、操作方便、装夹可靠,实现了铂电阻引线和多股导线的良好连接,得到了填充饱满、性能及外观良好的焊接接头,接头性能优于常规电阻钎焊接头,提高了接头质量和焊接效率,满足了开放实验教学的需求。

镍钛形状记忆合金/钛合金异种材料焊接研究进展

镍钛形状记忆合金(Nitinol shape memory alloy,NiTi SMA)具有卓越的形状记忆效应(Shape memory effect,SME)和超弹性(Super-elastic,SE),在航空航天、人工智能及生物医疗等领域得到了广泛应用。为了控制成本,获得多功能复杂构件或开发新产品,NiTi SMA/Ti6Al4V异种材料的焊接受到关注。针对NiTi SMA/Ti6Al4V异种材料焊接过程中的关键问题,总结了熔焊、扩散焊和钎焊等方法的研究进展,比较了不同焊接方法对焊接结果的影响。分析认为,抑制NiTi SMA/Ti6Al4V异种材料接头界面生成脆性金属间化合物是影响接头力学性能的关键,添加中间层有利于减少脆性金属间化合物。

超声辅助CMT电弧增材制造TC4钛合金微观组织和力学性能研究

目的研究超声辅助对CMT电弧增材制造钛合金TC4微观组织及力学性能的影响。方法 CMT增材制造TC4钛合金的同时利用超声辅助设备进行振动辅助,采用不同的振动功率和不同的振动位置对增材后的TC4力学性能和微观组织进行对比分析。结果 600 W超声辅助振动基板时的钛合金试样成形美观,力学性能优异。水平方向上,抗拉强度平均值为952.7 MPa,伸长率平均值为7.46%;垂直方向上,抗拉强度平均值为905.83 MPa,伸长率平均值为11.03%,相较未施加超声振动增材试样的力学性能有明显提高。结论超声辅助的引入有效提高了熔池的深宽比,加快了熔池冷却速度,柱状晶尺寸也明显减小,针状马氏体数量增多,得到的钛合金力学性能和微观组织均良好。

Ti-6Al-4V组织相变研究进展

钛合金因具有密度小、延展性好、疲劳性优异和断裂性能以及比强度高等优点而被广泛应用于航空航天等领域。综述了近年来国内外学者在Ti-6Al-4V固态相变理论和实验研究方面的进展情况,总结了其由β相区在不同冷却速率下所得到的相变组织,得到了hcp-α向bcc-β转变时具有伯格斯取向关系,介绍了包括马氏体相变、块型转变以及扩散相变的转变温度,当冷却速率达到525℃/s时发生马氏体相变,β相将转变为α′相,当冷却速率为20~410℃/s时发生竞争扩散型相变β→αm,低于20℃/s发生扩散控制相变,原始β晶粒中出现不规则的αGB、初生α集束和魏氏α组织。最后探究了新技术在Ti-6Al-4V微观相变组织中的应用。

一种基于图像识别系统的焊瘤清理设备

针对现有磨削式和切削式设备限制焊管尺寸、花费大量的人工时间等问题,自行设计了一套带图像识别控制系统的焊瘤清理设备,并改进当前固定的夹持装置,以实现在进行不同尺寸的焊管清瘤工作时都能达到优异的效果。设备的图像识别控制系统能够实时采集焊管内部图像,并通过PC端的图像处理程序调节打磨机的位置及角度,实现整个设备的自动化运行。与传统清除焊瘤设备相比,在操作过程中具有简单方便、节省人工等优点。此外,将传统焊管固定式夹持结构改为卡盘夹紧旋转式,能够提升清理精度和效率并适应不同形状和高度的焊瘤。

钛-铝异种材料的点焊技术研究新进展

钛合金和铝合金的应用在航空航天及汽车制造领域都在逐步增加,而Ti/Al异种金属复合结构中搭接连接无疑是不可避免的连接形式,因此对于钛/铝异种金属点焊技术的研究是非常必要的。由于Ti/Al两种材料的物理和化学性质存在巨大差异,导致两者的焊接尤为困难,目前能实现钛铝异种材料的高质量焊接的方法研究较少。先从钛和铝材料的本身特性入手,阐述目前3种常用的点焊技术:电阻点焊、搅拌摩擦点焊和超声波点焊的研究现状。主要涉及点焊接头成形、焊接参数、接头的组织特征以及力学性能,探究了各个方法的优缺点,并指出Ti/Al异种金属焊接质量的关键主要在于对金属间化合物的有效控制。为Ti/Al异种结构的连接提供合适的设计思路,并为新的连接方法提供借鉴思路。

脉冲宽度对亚微米级TC4钛合金激光微接焊缝成形及力学性能的影响

采用脉冲激光焊对0.2 mm厚TC4钛合金薄板进行对接焊,研究脉冲宽度对焊缝成形、微观组织和接头强度的影响。结果表明,由于冷却速度较快,得到的焊缝微观组织均为取向随机的针状α’马氏体相组成的网篮组织。随着脉冲宽度的增加,焊缝形貌由半圆形向X形转变。当脉冲宽度在2.7~4.9 ms时,试样的抗拉强度呈逐步递增趋势,脉冲宽度为4.9 ms时抗拉强度达到最大值(898.58 MPa)。硬度测试结果表明,脉冲宽度的增加导致焊接线能量增加,当脉冲宽度为4.9 ms时,焊缝区显微硬度达到最大值(379 HV)。

电弧增材制造TC4微观组织调控及力学性能研究

目的研究固溶时效处理对电弧增材制造TC4钛合金微观组织和力学性能的影响规律,为降低增材制造TC4构件力学性能各向异性提供参考。方法设置了1组时效处理(AT,600℃/2 h/空冷)和2组固溶+时效处理(SA1,800℃/1h/炉冷+600℃/2h/空冷;SA2,870℃/1h/炉冷+600℃/2h/空冷)试验对电弧增材制造TC4钛合金进行了热处理。然后通过扫描电镜(SEM)进行微观组织形貌和断口形貌观察,以及通过拉伸试验机进行室温力学性能测试。结果沉积态试样的微观组织均匀性较差,主要由马氏体α'相、网篮组织、不连续的晶界α相(αGrain Boundary,αGB)和集束组织构成。AT并未消除马氏体α'相,但延展性获得改善。固溶+时效处理后,马氏体α'相消失,晶粒内部主要由网篮组织和αGB组成。平均抗拉强度由沉积态的999.67 MPa降低到SA2的936.46 MPa,而平均延伸率从6.23%提高到12.48%,且SA2样品显示出更低的力学性能各向异性,其中沉积态试样的力学性能各向异性值(IPA)分别为4.82(UTS)、0.96(YS)、28.7(EL)。SA2样品的各向异性值(IPA)分别为0.3(UTS)、0.42(YS)、5.56(EL)。结论固溶时效处理有助于改善电弧增材制造TC4钛合金微观组织均匀性,并显著降低力学性能的各向异性。

NiTi形状记忆合金激光增材制造研究进展

NiTi形状记忆合金卓越的功能特性、生物相容性、高阻尼及低刚度、耐腐蚀等性能,深受广泛关注。NiTi形状记忆合金制备、加工困难,成为阻碍NiTi形状记忆合金应用的关键。近20年发展起来的增材制造技术,能直接成形制造复杂的NiTi形状记忆合金结构,在航空航天、医疗设备等领域具有巨大应用价值和发展前景。本文结合国内外NiTi形状记忆合金激光增材制造研究中面临的主要问题和解决方法作综合评述。具体包括NiTi形状记忆合金传统制造和激光增材制造对比;激光能量输入和热处理工艺对激光增材制造NiTi形状记忆合金微观组织、机械力学性能和功能特性的影响;及展望未来激光增材制造NiTi形状记忆合金研究方向。