硬质合金圆环与钢基体钎焊接头残余应力的数值分析

针对硬质合金钎焊冷却过程中产生很大的热应力而导致裂纹这一问题,利用有限元软 件MARC对硬质合金圆环钎焊在钢基体上的残余应力大小及分布进行了模拟,研究了钎缝厚度、 钎焊压力对钎焊焊后残余应力大小及分布规律的影响.结果表明,钎缝厚度存在最佳值,在一定范 围内钎焊压力增大,残余应力减小.经实验验证,计算结果与实验基本一致.

钛合金蜂窝壁板结构钎焊工艺

针对TC4钛合全蜂窝壁板结构,采用非晶态Ti-Zr-Cu-Ni箔状钎料,研究了钎焊温度、保温时间对钛合金蜂窝壁板结构钎焊接头组织及接头强度的影响,优化出TC4钛合金蜂窝壁板结构最佳钎焊工艺为930℃/12min。

硬质合金圆环与钢基体钎焊过程的数值模拟

针对硬质合金在钎焊冷却过程产生很大的热应力而导致钎焊裂纹这一问题,采用有限元分析方法对硬质合金圆环与钢基体钎焊时冷却过程中的残余应力的分布情况进行模拟。研究接头形状、钎缝厚度对焊后残余应力的大小及分布规律的影响。结果表明,钢体上开工艺槽导致焊后残余应力增加,对接头强度不利;钎缝厚度存在一最佳值。经试验验证,计算结果与试验基本一致。

缓冲层对硬质合金环与钢体钎焊接头残余应力的影响

采用有限元软件对硬质合金圆环与钢基体钎焊接头残余应力的分布状态进行模拟,研究缓冲层对接头残余应力的影响,结果表明,在钎缝与硬质合金一侧接触面上残余应力最大,在接触面上靠近中心侧区域为最危险区域。通过添加缓冲层,可以大大缓解焊后的残余应力,且缓冲层的厚度存在最佳值。经试验验证,计算结果与试验基本一致。

单侧面板裂纹损伤对钛合金蜂窝夹层结构弯曲性能影响

钛合金蜂窝夹层结构在制备或使用过程中可能会产生面板裂纹损伤。采用试验和有限元结合的方法研究了单侧面板裂纹损伤对钛合金蜂窝夹层结构弯曲性能的影响。结果显示:单侧面板裂纹损伤会明显降低钛合金蜂窝夹层结构面板弯曲强度,弯曲强度近似随裂纹长度的增加而线性降低;有限元模型能够准确预测结构的破坏模式和破坏强度,预测得到的面板弯曲强度与试验结果最大偏差仅为6%。采用的有限元方法可用于含面板裂纹损伤的钛合金蜂窝壁板结构弯曲性能的工程预估。

Ti_3Al基合金TLP扩散连接界面的组织演变

以Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni(质量分数,%)非晶箔带为中间层,研究了TLP扩散连接Ti-23Al-17Nb(质量分数,%)合金的界面组织演变过程.结果表明,Ti元素和Nb元素向中间层扩散而Ni,Cu和Zr元素向母材扩散驱动了界面组织演变;在扩散初始阶段即930℃,保温5 min时,界面已形成冶金结合;随保温时间延长至15 min,界面析出条形TiNi3(Cu,Zr)化合物,其随保温时间延长更加细小呈弥散分布;直至保温时间延长至120～200 min,界面组织转变为均一、粗大的针状魏氏组织.保温时间是影响TiNi3(Cu,Zr)化合物析出形态和分布的主要因素,控制保温时间可有效改变界面化合物状态,该方法是优化此类界面组织以提高接头强度的有效途径.

钛合金蜂窝夹层结构钎焊界面的价电子结构分析

对TC1钛合金蜂窝夹层结构试件的钎焊界面组织进行观察、分析确定界面生成相的晶体结构,采用EET理论中BLD方法和平均原子模型,计算分析了钎焊界面价电子结构.从原子间结合力的角度分析了钛合金蜂窝夹层结构钎焊界面的价电子结构,探讨了界面结构与力学性能的本质关系.钎焊过程中界面处生成了六方晶体结构TiNi3(Cu,Zr)化合物和体心立方结构Ti(Ni,Zr,Cu)相.从原子间成键角度,最大共价电子数和晶格电子数分别反映了晶体的强度和塑性.TiNi3(Cu,Zr)化合物和Ti(Ni,Zr,Cu)相的最大共价电子数分别为0.055 8和0.303 7,晶格电子分别为0.993 5和1.392 8,而界面处基体的最大共价电子数和晶格电子数分别为0.305 9和1.397 3.因此,与TiNi3(Cu,Zr)化合物相比,Ti(Ni,Zr,Cu)和钛固溶体晶胞不仅具有较高的强度,还具有相对良好的塑性,而TiNi3(Cu,Zr)化合物相的存在和连续分布不利于钎焊界面的强度和塑性.

钛合金蜂窝壁板隔热性能试验研究

针对钛合金蜂窝夹层结构的隔热性能进行试验研究。试验中研究了在300℃稳态条件下,蜂窝芯格尺寸、芯格高度和芯格壁厚等参数对隔热性能的影响规律;分析了各几何参数对隔热性能的敏感度;测试了不同温度条件下钛合金蜂窝夹层结构壁板的等效导热系数。试验结果表明：增大蜂窝芯格尺寸和芯格高度,减少芯格壁厚均有利于提高蜂窝壁板的隔热效果;不同几何参量对钛合金蜂窝夹层结构隔热效果的影响敏感程度从大到小依次为：芯体高度、芯格尺寸和芯体壁厚;钛合金蜂窝壁板的等效导热系数随温度的升高而增大,相同温度下钛合金蜂窝壁板的等效导热系数约为钛合金材料的3%~5%。

几何参数对钛合金蜂窝夹层结构比强度的影响

试验研究了钛合金蜂窝夹层结构的几何参数(蜂窝芯格内切圆直径D和胞壁厚度t)对密度和拉脱强度的影响.芯格内切圆直径较大且胞壁厚度较薄时,焊接界面易于产生组织状态差异较大、组织状态不连续的现象,即魏氏体组织、网篮组织和双态组织并存,严重影响界面强度.当D=11.2 mm时,试件抗拉强度可表示为R m=118.8t胞壁厚度-3.44;当D=6.4 mm时,试件抗拉强度可表示为R m=262.8t胞壁厚度-5.94.试验中比强度较高且密度较低的蜂窝芯规格为TC1-4.8-0.05-15.密度、强度与几何参数之间的定量关系可用于对蜂窝夹层试件的比强度进行估测,为工程用钛合金蜂窝夹层结构的几何参数优选提供参考.

TC1钛合金蜂窝夹层结构的钎焊工艺研究与分析

研究了TC1钛合金蜂窝夹层结构试件的钎焊工艺,通过对系列工艺下钎焊界面组织进行观察得出,在930℃/保温15min和一定钎料添加量的条件下,界面析出了TiNi2(Cu,Zr)化合物,且尺寸细小、分布弥散,因而相应钎焊试件的室温拉脱强度平均值较高,可达17MPa。在钎焊过程中,Cu和Ni元素由钎料向母材扩散,使母材β相变温度降低,导致界面魏氏体组织的产生;芯体波纹带间受钎料熔化热影响较大,导致此处魏氏体组织粗大,成为试件的薄弱部位。

钎焊时压力载荷对金刚石接头残余应力的影响

针对金刚石与其他材料连接时接头处容易产生较大的应力而导致接头连接强度下降的问题,采用Marc有限元分析方法,模拟了用Ag-Cu-Ti钎料钎焊金刚石与硬质合金接头的应力分布情况,研究了试件在钎焊过程加载和不加载时对应力分布的影响.结果表明,对试件施加一定的载荷比未加载荷时接头的最大残余应力值小,且模拟结果具有较高的准确性,为确定实际工艺参数提供了依据.

芯体缺失对钛合金蜂窝夹层结构强度的影响及规律研究

针对钛合金蜂窝壁板结构在研制中出现的典型缺陷即芯体缺失，研究芯体缺失比例对试件拉脱强度、剪切模量和剪切强度、平面压缩和侧面压缩强度的影响及规律。随着芯体缺失比例增加，试件剩余强度逐渐减小；相比拉脱强度和剪切强度，芯体缺失缺陷对试件压缩强度的影响程度较大。相比无缺陷试件，归因于应力集中对材料的强化作用，缺陷试件强度先相对增加而后降低，即当芯体缺失比例由10％、15％、20％、30％至50％依次增大时，试件剩余拉脱强度分别为原始强度的111％、80％、60％、51％和58％。当芯体缺失比例在4％～7％时，试件剩余剪切强度为原始剪切强度的99．6％。当芯体缺失比例为10％时，试件平压和侧压强度分别下降至原始强度的71％和87％。研究结果为试件损伤容限的设计积累基础数据和提供参考。

先进航空材料和复杂构件的钎焊技术

钎焊技术作为特种连接技术的一种,在制造复杂精密结构和新型耐温材料的连接方面上具有独特优势,开展陶瓷材料、金属间化合物材料以及新型高温合金等材料及构件的钎焊技术研究将是航空领域钎焊技术的主要发展方向。

Zr元素含量对钛基钎料合金固溶强化的影响

利用EET理论分析Zr元素对钛基钎料合金的固溶强化效果,得出锆含量自45%~12%变化时,Ti-Zr-15Cu-10Ni(质量分数,%)钎料合金晶胞内最大共价电子数先保持不变、而后减小再增大.当锆含量为37.5%时,Zr元素对钛基钎料合金的固溶强化作用相对较大,采用此锆含量的钎料合金Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni(质量分数,%)对Ti3Al-Nb合金进行同质过渡液相扩散连接.在连接温度低于1 000℃条件下,钎料合金的扩散能力主要受保温时间的影响;在较高连接温度下,钎料合金的扩散能力明显提高,可在短时保温条件下形成组织均匀、无析出物的连接界面.

扩散钎焊钛合金多层板的界面强度研究和断口分析

以TC4钛合金为研究对象,采用扩散钎焊方法制备钛合金多层板,对多层板的界面组织、连接强度及失效断口形貌等进行测试分析,以供钛合金薄板的连接提供技术参考。研究证明:扩散钎焊界面为针状魏氏体组织,界面无化合物形成;室温下界面强度达到母材强度的94%,350℃下界面平均强度为690 MPa,延伸率在11%以上;界面魏氏体组织成为裂纹扩展速率增大和界面失效的主要因素。

Ti_2AlNb合金的钎焊试验研究

采用箔带状Ti-15Cu-15Ni钎料合金对Ti2Al Nb合金开展钎焊试验研究。随着钎焊温度的升高,钎料合金在基体材料上的润湿角逐渐减小,直至965℃完全润湿基体材料。当钎焊工艺为975℃/10min时,钎焊接头室温抗拉强度可达855MPa,达到基体强度的80%。钎焊界面为冶金结合界面,未见焊接缺陷,界面中心存在10μm宽的钎料元素富集区。该工艺条件下,Ti2Al Nb合金的室温拉伸断口为脆性解理断口,钎料元素富集区处产生了大量的二次裂纹。研究结果为Ti2Al Nb合金钎焊构件的制造技术提供了理论基础。

异质钛合金蜂窝结构钎焊工艺研究

针对钛合金薄壁结构的钎焊制造技术,通过研究在钎料作用和不同钎焊温度下基体材料的微观组织、相变点、刚度和屈服强度的变化发现,钎料元素扩散导致TC1材料相变点降低,在875℃发生α＋β→β相转变,而TC4钛合金直至905℃尚未发生α＋β→β相转变。在875℃下,随着保温时间延长,TC4材料的晶粒尺寸有所长大,导致刚度和屈服强度明显下降。当钎焊温度为875℃,保温时间不大于60min时,TC4钛合金板材的刚度和屈服强度不低于原始材料的86%。确定出TC4/TC1钛合金异质钎焊工艺范围为865~875℃、保温30~60min。研究结果为钛合金蜂窝结构的钎焊制造技术提供理论依据和参考。

穿透性损伤对钛合金蜂窝口盖壁板面内压缩性能影响

钛合金蜂窝口盖壁板在实际服役过程中可能会产生穿透性损伤,从而影响口盖壁板面内压缩性能。采用试验和有限元计算相结合的方法研究了穿透性损伤对钛合金蜂窝口盖壁板面内压缩性能的影响。结果显示:含穿透性损伤的钛合金蜂窝口盖壁板的面内压缩破坏载荷要略高于无损伤钛合金蜂窝口盖壁板,且面内压缩破坏载荷随穿透性损伤直径增大而增大;有限元模型预测的破坏模式与试验结果一致,预测的破坏载荷与试验结果的最大偏差为9.33%,两者吻合较好。研究结果可以为钛合金蜂窝口盖壁板的设计及面内压缩性能的预测提供数据支持和研究方法参考。

钛合金蜂窝整体机身壁板技术应用研究

对比分析了钛合金蜂窝及其基础性能,并对典型钛蜂窝夹层壁板结构的综合性能进行了研究;对钛合金蜂窝整体壁板的成型工艺和检测技术进行了介绍和总结。通过与传统的加筋组合壁板结构的工程应用对比,验证了钛蜂窝壁板结构在整体性能的明显优势。

TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构钎焊工艺研究

针对TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构,采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni非晶箔带钎料,研究钎焊温度和保温时间对TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构接头微观组织及力学性能的影响,优化出TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构较优的钎焊工艺为920℃/保温90min和钎料添加量80μm,该工艺参数下钎焊接头的室温拉脱强度平均值最高,可达19.82MPa,破坏部位为TA18钛合金蜂窝芯。