曾元松 著名金属成形技术专家

在ARJ21飞机超临界机翼整体壁板的研制中，您带领课题组成功地研制出装机件，使我国成为世界上少数几个掌握该项技术的国家之一。请问在这项研制工作中突破了哪些关键技术？

高压水冲击强化技术的研究现状及发展

系统介绍了包括磨料高压连续水射流强化、高压脉冲水射流强化和高压空化水射流强化等高压水冲击强化技术的基本原理、强化机理、强化方法及对材料组织性能的影响,总结了国内外在此领域的最新研究进展和发展趋势,并对高压水冲击强化技术的未来发展与应用进行了展望。

基于最大m值法和恒应变速率法的Ti_3Al基合金超塑变形行为研究

分别采用最大m值法和恒应变速率法对Ti-24Al-15Nb-1.5Mo合金板材进行超塑拉伸,研究了940~1000℃、5.5×10-5~1.7×10-3s-1和不同拉伸轴方向的超塑性变形行为。结果表明：采用最大m值法获得的伸长率均高于恒应变速率法的,分别在980℃、垂直轧制方向获得了1596%的最大伸长率和960℃、3.3×10^-4s^-1、与轧制方向成45°获得了932%的伸长率。原始纤维组织经过超塑变形后发生等轴化,并且等轴晶粒随着应变速率的减小和温度的升高,长大程度逐渐增大。最大m值法超塑拉伸可以明显减少孔洞的产生。

TC4钛合金L型材热拉伸变形本构方程研究

钛合金型材作为力学性能良好的轻质材料,被广泛应用于飞行器框梁等骨架零件中,其成形质量直接关系到飞机的装配精度、整机气动外形和使用寿命。为探究TC4钛合金L型材的热拉伸变形行为及本构关系,在不同的温度(600~800℃)和初始应变速率(0.00033~0.0083 s^(-1))下进行了多组单轴热拉伸试验,根据应力-应变曲线特点分析了型材热拉伸变形行为,并通过采用回归处理和参数优化的方法建立其复合型唯象本构方程,该模型预测应力和实测应力的最小相关性系数R和最大平均相对误差绝对值AARE分别为0.9641和7.5%,即建立的本构模型能够高精度表征TC4钛合金L型材的热拉伸变形行为,可作为其热变形有限元模拟的准确材料模型。

AZ31镁合金搅拌摩擦焊研究

成功实现了2.5 mm厚薄板镁合金AZ31的搅拌摩擦焊接。试验结果表明,接头外观优美,表面光滑,没有裂纹,背部搅拌熔合充分。微观组织、拉伸、弯曲和显微硬度试验显示镁合金的搅拌摩擦焊可以得到良好力学性能的接头(接头抗拉强度达母材强度的90％左右);显微组织特征显示接头有明显分区,焊缝中心生成等轴、微细的晶粒。

TC4钛合金激光焊接头组织及超塑性能研究

以TC4钛合金为研究对象，针对钛合金激光焊接接头开展了超塑性基础试验研究。对TC4钛合金激光焊搭接接头在温度870~900℃、初始应变速率0．001～0．01s。条件下的组织和变形规律进行了观察和测试；通过超塑成形／激光焊工艺模拟件成形试验，初步探索了超塑成形／激光焊组合工艺用于制备空心构件制造的工艺适应性．为超塑成形／激光焊组合工艺在航空航天领域的应用奠定了基础。

鲨鱼皮仿生结构应用及制造技术综述

鲨鱼体表的盾鳞沟槽结构具有显著的减阻效果。鲨鱼仿生沟槽结构的应用涉及航空、舰艇、汽车、管路运输、风力发电等领域。鲨鱼皮沟槽结构的仿生制造主要有两个途径,即沟槽结构形式与鲨鱼盾鳞仿真结构形式。文章针对沟槽结构的微槽滚压、金刚石多轮廓磨削、飞秒激光烧蚀等制造技术,及鲨鱼盾鳞仿真结构的微压印法、固化法、微电铸法、微纳米滚压法、软刻技术等进行了综述,并对鲨鱼皮仿生结构制造技术进行了展望。

热压复合制备Ti-Al_3Ti层状复合材料组织结构研究

采用热压复合工艺在不同工艺参数下制备了Ti-Al3Ti层状复合材料,利用SEM和EDS对材料的组织结构进行了观察,研究了热压复合工艺参数对Ti/Al扩散反应及反应层微观组织结构的影响规律.结果表明,在不同工艺参数下,Ti/Al叠层热压复合反应的初生相均为Al3Ti.600℃时Ti/Al叠层只发生少许反应,在界面处生成一薄层Al3Ti,650和700℃时,Al层完全反应,各层界面处结合状态良好,层间结合紧密.650℃时Al3Ti为唯一生成相,但700℃时,由于反应动力学的影响Al3Ti/Ti层之间有TiAl层生成,Ti-Al系金属间化合物的生成顺序为Al3Ti→TiAl.反应过程中液相的存在能够使Ti、Al持续紧密接触,加快反应速度,促进反应顺利进行.

细晶1420铝锂合金超塑性能试验研究

文章以采用双级时效制度和转向轧制工艺制备的细晶1420铝锂合金为研究对象，通过恒应变速率超塑拉伸试验，研究了合金的单轴超塑拉伸性能。结果表明，在460℃-520℃温度条件下和1×10^-4s^-1～5×10^-3s^-1应变速率范围内，细晶1420铝锂合金表现出良好的超塑性，在温度460℃、应变速率1×10^-4s^-1条件下，延伸率达到650％。利用光学显微镜和透射电镜等检测手段，对超塑变形后材料的组织进行了观察和分析。

交叠增韧仿生复合材料的研究进展

仿生设计方法为制备结构与功能一体化材料提供了重要的思路和途径,已成为各国研究的重点,贝壳的分层结构和高强韧性能仿生制造是其中较为典型的一类,据此可开发出具有优异的防护性能和抗裂纹扩展能力的层状复合材料。对层状复合材料制备工艺、界面扩散及结合强度、增韧机制、弹道防护性能的研究现状进行了简要综述,评价和总结了目前存在的问题,并对仿生制造的应用前景进行了展望,指出应加强层状复合材料变形的理论研究,进一步拓展层状复合材料的应用领域。

板材与管材压力辅助成形技术发展现状

针对6种典型压力辅助成形工艺的国内外发展现状进行了综述,这6种工艺分别是板材充液成形技术、管材内高压成形技术、脉动载荷充液成形技术、充液热成形技术、固体颗粒成形技术、管材热态气体快速成形技术,介绍了各种工艺的技术原理,并对国内外最新的发展现状进行了回顾,涉及新理论、新结构、新工艺方法、设备、工业应用等。

Ti-Al_3Ti层状复合材料的研究现状与发展

概述了Ti-Al3Ti层状复合材料的国内外研究现状,着重论述了压力加工复合材料的制备技术,同时归纳了Ti-Al3Ti层状复合材料的微观组织及力学性能方面的研究,发现材料微观组织结构可控并具有高的强度和断裂韧性。此外还从材料制备、成形、设计及模拟的角度对这种新型层状复合材料的研究方向提出了进一步的想法。

石墨烯基磁性吸波复合材料的研究进展

石墨烯作为一种新型碳材料,具有诸多优异性能,在吸波材料研究领域显示出了潜在的应用价值。传统吸波材料由于存在吸收强度弱、吸收频带窄及密度大等缺点,很难达到"薄、宽、轻、强"的性能目标,为获得轻质高效的吸波材料,众多学者将石墨烯与磁性粒子相结合来制备兼具有介电损耗和磁损耗复合材料,既可增强吸波性能,又能降低材料密度,是当前吸波复合材料的研究热点之一。为了推动吸波材料的发展,本文对石墨烯基磁性吸波复合材料的最新研究进展进行了综述介绍。

TNW700高温钛合金板材超塑变形行为研究

TNW700钛合金是我国自主研发的近α型、可在700℃短时使用的高温钛合金。针对TNW700合金板材在温度为890~950℃、恒应变速率为0.0100~0.0005 s^(-1)下的单向超塑拉伸变形行为进行了研究,利用Zener-Hollomn参数和Arrhenius方程建立了TNW700钛合金的峰值应力本构方程。结果表明:TNW700钛合金的超塑性变形行为与普通钛合金不同,其加工硬化阶段较长,且温度越高、应变速率越低,动态硬化的效果更加明显,远高于再结晶软化程度,晶粒尺寸的增加是导致加工硬化的主要原因。在950℃,0.0005 s^(-1)条件下获得的最大延伸率为933%。所建立的峰值应力方程为σ_p=17.414[1.047(lnε+540210/RT)-46.587],其变形激活能Q=540.21 k J·mol^(-1)。在较低温度条件下变形,在断口附近由于应变速率高和变形温度低的双重作用在晶界三角区产生应力集中使晶界滑移变得困难而导致有孔洞产生。随着变形温度的升高,β相含量和尺寸逐渐增加,高温、高应变速率条件下有次生α相析出,采用电子探针分析(EPMA)发现β晶粒微区成分的变化是次生α相产生的主要原因。

TA15钛合金板材单向拉伸超塑变形行为研究

采用TA15钛合金板材,研究了在860～980℃,8.3×10-4～1.7×10-3s-1条件下进行的超塑拉伸性能。结果标明:随着变形温度的升高,延伸率先增加后降低;在940℃、应变速率为1.7×10-3s-1、垂直轧制方向获得最大延伸率为1370%。随着变形温度的升高和拉伸速度的降低,等轴α晶粒尺寸增大。变形温度为940℃时诱发次生α相的析出,少量的层片组织对提高延伸率具有一定的作用。

叠轧Ti/Al复合板结构与力学性能研究

在室温条件下,通过叠轧方法制备了Ti/Al 7层复合板,并在不同温度下进行了退火处理。采用光学显微镜(OM)观察了复合板界面的连接质量,利用扫描电镜(SEM)研究了不同退火温度下复合板Ti/Al界面处的元素扩散行为,并通过拉伸试验研究了原始板材与复合板的力学性能。研究结果表明,轧制压下量对板材变形均匀性及界面结构影响显著,当轧制压下量为60%时,复合板结合质量良好,层状结构完整。当轧制压下量为70%时,Ti层局部产生开裂,使两侧铝层相连,不能保持层状结构。随着退火温度的升高,Ti/Al界面处Ti,Al元素扩散距离增加,Al元素扩散距离大于Ti元素的扩散距离,并有少量的第二相生成。Ti/Al复合板的屈服强度介于原始钛板与原始铝板屈服强度之间,高于混合定律计算值,延伸率低于原始板材,并且随着应变速率的增加,复合板材屈服强度及抗拉强度提高。

Ti-23Al-17Nb合金板材超塑性研究

对Ti-23A1-17Nb合金在温度为940～1000℃，恒应变速率为1．7×10-^3～5．5×10-^5 S-^1下的单向超塑拉伸变形行为进行了研究．结果表明，随着变形温度的升高，延伸率先增加后减小，在960℃，10-^5 S-^1条件下获得最大延伸率为1447．5％．低应变速率条件下，Nb含量的增加使合金的加工硬化阶段增加．超塑变形有利于消除原始织构组织，对比原始组织，超塑拉伸过程中长条嘞相发生了球化，并且其尺寸和含量随着温度升高逐渐减少，α2和B2相比例为50：50时可达到最佳变形．利用Zener-Hollomn参数和Arrhenius方程建立了TAC-1B合金的峰值应力本构方程，其变形激活能Q=390．76kJ／mol，为科学设计和有效控制Ti-23A1-17Nb合金的超塑成形工艺提供了理论依据．

7B04铝合金薄板的搅拌摩擦焊接及接头低温超塑性研究

在转速1600 r/min,焊速200 mm/min;转速800 r/min,焊速200 mm/min;转速400 r/min,焊速400 mm/min 3组参数下对2 mm厚的退火态7B04铝合金薄板进行搅拌摩擦焊接,研究了焊接参数对焊缝质量及微观组织的影响,并分析了焊核区的低温超塑性变形行为.结果表明,通过控制焊接参数,可获得良好的焊接质量,接头强度系数达100%.焊核区发生动态再结晶,生成细小等轴晶,母材晶粒尺寸约为300μm,转速为1600,800和400 r/min时晶粒尺寸分别为2,1和0.6μm.这种细晶组织有利于焊核区超塑变形,在300℃,焊核区在1×10^(-3_和3×10^(-4)s^(-1)应变速率下获得了160%~590%的延伸率,在350℃,1×10-3s-1条件下获得高达790%的最大延伸率,在约400℃时超塑性变形行为消失.

平面应力条件下TA15钛合金超塑性

采用受平面应力变形的锥形件和盒形件的气压胀形实验,研究TA15钛合金在不同温度的变形能力,通过显微组织观察和力学性能测试,分析变形过程中的组织变化和性能变化。结果表明,940℃时,材料达到最佳超塑性,锥形件最大高度为94.4mm,最小壁厚为0.1mm,且盒形件的力学性能较原始板材略有提高。在温度940℃和980℃变形时均有β相析出,且随着应变的增大,α相体积分数先减少后增加,组织粗化是导致材料失效的主要原因。

SiC/Ti_3Al复合材料原位合成及其界面反应动力学研究

利用TC4,Al廉价材料,通过磁控溅射物理气相沉积技术制备SiC先驱丝,利用热等静压工艺,在温度1423 K,压力170 MPa条件下进行复合,反应时间为1 h,通过原位反应生成Ti3Al基体,从而制备SiC纤维增强Ti3Al基复合材料。通过扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)观察SiC纤维增强Ti3Al基复合材料基体与界面的微观组织形貌及界面元素分布,利用透射电镜(TEM)分析复合材料基体的物相结构,并对SiC纤维增强Ti3Al基复合材料的界面反应进行动力学分析。结果表明,利用TC4,Al制备的SiC先驱丝,通过原位反应可生成Ti3Al基体,属于六方晶系,组织为等轴晶,晶粒尺寸约为1μm。通过磁控溅射和热等静压工艺制备SiC纤维增强Ti3Al基复合材料,可缩短工艺流程,节约成本。根据SiC纤维增强Ti3Al基复合材料界面反应层生长动力学分析,得到界面反应层生长动力学方程:δ=2.73×10-6exp(-257.09×103/RT)t1/2,可准确预测连续碳化硅纤维增强Ti3Al基复合材料在制备和使用过程中界面反应层的生长规律,为其应用提供理论依据。