钛合金两层大型构件SPF/DB关键技术问题及质量控制

超塑成形/扩散连接(SPF/DB)是一种低成本、高效益、近无余量的先进制造技术,钛合金两层SPF/DB构件在航空航天领域已获得广泛的应用。当构件尺寸较大且型面复杂时,在扩散连接、模具结构、工艺图形、表面质量等方面,将产生一系列新的影响零件质量的关键技术问题。该文针对技术难点进行数值模拟及工艺分析,根据分析结果采取相应的解决措施,并进行口盖验证试验和性能测试。结果表明,零件各项性能检测均满足设计要求,通过解决关键技术问题实现了对工艺过程及零件质量的精确控制。

钛合金层合梁SPF/DB制造工艺研究

钛合金层合结构因具有较高的损伤容限而受到重视,并成为超塑成形/扩散连接技术应用的一个新方向。通过采用先超塑成形再进行热等静压扩散连接成为整体构件的SPF/DB组合工艺方法,可以实现钛合金层合结构波纹工字梁的制造,其外形尺寸、微观组织和性能等基本能满足设计使用要求,但其工艺参数仍有待通过深入研究进一步优化。

Ti6Al4V钛合金LBW/SPF/DB夹层结构微观组织研究

采用激光焊接/超塑成形/扩散连接(LBW/SPF/DB)组合工艺制作Ti6Al4V钛合金夹层结构试验件,分析超塑成形/扩散连接前后激光焊接区域及母材显微组织的变化。结果表明:超塑性变形过程中,β晶粒取向逐渐向拉伸方向转变,内部细小的片层状组织能使焊缝强硬度降低、塑性增加,从而能够承受拉伸过程中的弯曲、拉伸应力的联合作用。超塑成形后Ti6Al4V钛合金母材晶粒仍保持等轴状,其晶粒尺寸明显增大,焊缝中心区针状α相变大、变粗,焊缝中心两侧区域为粗大的魏氏组织,在热影响区内的针状马氏体α′相,形成与初生α相形态相似的短小α条。

硬铝LY11的SPF/DB工艺试验研究

采用浸镀锌法，调整预处理后 Ｌ Ｙ１１ 合金表面的氧化状态；在大气环境、无中间合金条件下进行了超塑成形／ 扩散连接（ Ｓ Ｐ Ｆ／ Ｄ Ｂ） 试验，并探讨了其连接机理结果表明，覆盖于连接表面的锌元素，在 Ｓ Ｐ Ｆ／ Ｄ Ｂ 过程参与了金属间互扩散实现了无保护气氛条件下的超塑变形／ 扩散连接在４４０ ℃／５０ Ｍ Ｐａ／４ｈ 条件下获得较好的连接效果，拉伸试样在母材处断裂扩散连接机理为通过原子扩散实现连接界面的迁移；

基于MSC.Nastran的钛合金SPF/DB结构优化设计

通过MSC.Nastran软件分析采用SPF/DB工艺制造的典型加筋板结构的稳定性,应用自行开发的优化设计方法对结构参数进行优化求解。软件在VB、VC混合环境下开发,系统界面十分友好,设置有可选的SPF/DB加筋板结构形式数据库,不仅可对钛合金SPF/DB加筋板结构进行快速优化设计,且可非常方便地考虑和分析工艺条件约束对设计结果的影响。软件系统已成功地应用于某型号飞机的结构设计,多个算例及试验证明了软件系统运行的可靠性和有效性,且具有良好的鲁棒性。

硬铝LY11的SPF/DB工艺研究和机理探讨

采用浸镀金属锌对预处理后的硬铝ＬＹ１１合金加以表面改性；在大气环境、无中间层合金的条件下进行了超塑成形／扩散连接（ＳＰＦ／ＤＢ）工艺的研究，并对其机理进行了初步探讨。结果表明：在４７０℃、３６００ＭＰａ、４ｈ下，进行ＳＰＦ／ＤＢ工艺效果最佳。其扩散连接机理为：通过原子扩散实现连接界面的迁移；回复和再结晶引起原始连接界面的消失。

钛合金SPF/DB薄板构件高频超声检测

本文介绍了利用高频超声波解决钛合金SPF/DB薄板结构中微米级间隙连接缺陷的无损检测。

预测钛合金超塑成形-扩散连接(SPF/DB)界面层的断裂韧度

提出根据超塑成形一扩散连接（SPF/DB）的工艺技术参数预测扩散连接界面层断裂韧度的计算方法,并对TC4/TA2连接件,开发了相应的界面层断裂韧度的分析和预测软件系统。该计算方法首先在理论分析和试验的基础上,建立扩散连接界面层成长模型,获得扩散连接件界面层厚度的计算公式,确定材料过渡参数m的计算方法;其次对已有的混合型外载的界面断裂准则进行修正,使其适用于扩散连接件界面层断裂时能量释放率曲线的函数模型。计算结果与试验结果吻合良好。分析结果表明:在允许工艺参数范围内,扩散连接件界面断裂韧度随成形温度、成形压力和保压时间的提高而提高。其中,成形压力影响最大,然后依次为保压时间和成形温度。为了提高扩散连接界面层的断裂韧度,必须通过界面层设计来提高其界面裂尖断裂混合度,而上述各工艺技术参数,正与其裂尖断裂混合度的大小密切相关。

SPF/DB在空心叶片制造中的应用

主要介绍了超塑性成形和扩散连接 (SPF/DB)技术在夹心结构空心叶片制造方面的应用 ,前、后缘以及局部形状设计要求 ,叶片的厚度分布、金相组织。

钛合金SPF/DB3层结构制件的射线检测

对钛合金SPF/DB 3层结构制件内部成形缺陷产生原因、缺陷类型等进行了分析,提出了合适的检测手段-射线检测技术。通过工业CT、射线照相及实时成像等三种检验技术的对比,得到了零件成形质量的最优检测方案,既保障了零件质量检测,同时也为其它钛合金SPF/DB3层结构制件内部成形质量的检测提供了参考。

基于SPF/DB工艺的某翼类构件内部结构优化分析

采用SPF/DB工艺成形的翼类构件,内部结构不仅影响其力学性能,同时决定SPF/DB工艺的可行性。翼类构件在应用SPF/DB工艺成形过程中,内部夹层扩散焊接焊缝处形成筋条,从而增强结构强度,因此中间夹层扩散焊接筋条分布决定了成形后构件内部结构。本文利用有限元软件ABAQUS6.8对不同内部结构的某翼类构件进行静力学分析及超塑成形的数值模拟,得到既满足强度要求又有利于SPF/DB工艺要求的内部结构。

区域增强TA15四层结构SPF/DB工艺研究

以区域增强TA15钛合金四层结构为背景,对区域增强TA15四层结构SPF/DB的工艺过程进行了研究。开展了面板预成形和区域增强TA15四层结构的SPF/DB成形试验,成形出区域增强TA15钛合金四层结构件;采用金相显微镜观察分析了成形前后面板、芯板和增强块的微观组织变化,并利用扫描电子显微镜观察面板、芯板以及增强块间扩散连接面的连接情况。

几何参数对SPF/DB三层结构表面质量的影响研究

以3层SPF/DB钛合金空心桁架结构为研究对象,通过平面应变有限元模型,研究了空心结构几何参数对超塑成形过程应力应变分布的影响以及与表面褶皱产生的关系,并进行了试验验证,得到了满足超塑成形工艺要求的参数调控范围,为3层SPF/DB空心结构设计提供依据。

SPF/DB设计与制造一体化技术在导弹中的应用

为满足飞机、航空发动机、导弹新型结构的发展需要,开展基于SPF/DB成形工艺的设计与制造一体化技术研究,建立系统完善的一体化流程。实践表明,一体化设计制造方法能够有效缩短研制周期,提高研制效率。

激光焊接对SPF/DBTi-6Al-4V合金疲劳性能的影响

研究了SPF/DBTi-6Al-4V合金及其激光焊接接头静态拉伸性能和疲劳性能,并获得S-N曲线.通过观察组织特征和疲劳断口形貌,分析了激光焊接对SPF/DBTi-6Al-4V合金疲劳性能的影响.结果表明,SPF/DBTi-6Al-4V合金激光焊接接头的抗拉强度略低于母材抗拉强度,而疲劳强度明显低于母材疲劳强度,约为其抗拉强度的40%.SPF/DBTi-6Al-4V合金组织为α+β等轴细晶组织,其焊接接头组织为含α,针状马氏体α′和少量β相的魏氏组织结构.焊接接头组织结构的不均匀性,以及组织的粗大化是导致激光焊接接头疲劳性能下降的重要原因.SPF/DBTi-6Al-4V合金疲劳断裂为塑性断裂,其焊接接头疲劳断裂为准解理断裂,这显著降低激光焊接接头的疲劳性能.而焊接气孔等焊缝表层微小几何不连续缺陷的存在往往成为激光焊接接头疲劳断裂的裂纹源.

无损检测新技术在钛合金SPF/DB结构检测中的应用研究

错位散斑技术是无损检测的一种新技术,为了探索SPF/DB结构检测的有效方法,应用错位散斑技术对钛合金SPF/DB结构进行了检测,得出明显的缺陷特征。从检测敏感度、效率等方面与X射线、超声C进行对比,结果表明,错位散斑技术能够应用于钛合金SPF/DB的结构检测,但仍需在检测精度、可靠性等方面进行深入研究。

错位散斑技术在钛合金SPF/DB结构检测中的应用初探

分析了钛合金SPF/DB结构缺陷及形成原因,介绍了错位散斑技术的基本原理,通过采用错位散斑技术对钛合金SPF/DB结构进行检测试验,能够发现明显的缺陷特征,从检测敏感度、效率等方面与X射线、超声C进行对比,结果表明,错位散斑技术能够应用于钛合金SPF/DB的结构检测,但仍需在检测精度、可靠性等方面进行深入研究。

红外检测在钛合金SPF/DB结构中的应用初探

为了探索SPF/DB结构检测中的有效方法,着重介绍红外无损检测的基本原理及检测技术,应用红外检测技术对钛合金SPF/DB结构进行了检测,结果表明:红外检测技术能够应用于钛合金SPF/DB的结构检测,有必要对该检测方法的有效性和检测结果的可靠性进行深入研究。

铝锂合金在航空业的应用及SPF/DB工艺进展

简述了铝锂合金材料在航空制造中的应用 。

SPF/DB超塑成形处理对Ti-6Al-4V合金微观组织和力学性能的影响

采用超塑成形/扩散连接技术对Ti-6Al-4V合金进行处理,研究其对合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,超塑成形/扩散连接后,等轴组织取代了Ti-6Al-4V合金坯料中的双态组织,合金的疲劳极限和抗拉强度降低。