AgAlTi-C钎焊C_f/SiC复合材料与TC4接头组织结构

研究用Ag粉、Al粉、Ti粉、短炭纤维配制以Ag-6Al为主的混合粉末真空钎焊Cf/SiC陶瓷基复合材料和钛合金,采用X射线衍射、扫描电镜和能谱仪对接头组织结构进行分析。结果表明:在Ag-6Al中加入Ti可以提高钎料对复合材料的润湿性并抑制钎料中Al的氧化,加入短炭纤维可以缓解接头热应力。在不同工艺条件下,真空钎焊得到了完整的复合接头,钎焊过程中生成的钛铝化合物在接头中细小均匀分布,在短炭纤维周围原位合成了TiC。当在Ag-6Al中加入一定质量分数的Ti和短炭纤维,在910℃保温10min的最佳工艺条件下得到的接头最高剪切强度达到90.8MPa。

TC4合金与碳纤维增强ZrB_(2)-SiC陶瓷钎焊接头的微观结构与力学性能

采用Ag-28Cu钎料对碳纤维增强ZrB_(2)-SiC复合陶瓷与TC4合金真空钎焊。利用扫描电子显微镜、能谱分析仪、力学万能试验机研究钎焊保温时间对钎焊接头界面微观结构与剪切强度的影响。结果表明:碳纤维增强ZrB_(2)-SiC/Ag-28Cu/TC4钎焊接头结合良好,典型接头相组成如下:TC4/TiC+TiCu/Ti_(2)Cu/TiCu/Cu_((s,s))/Ag_((s,s))/Ti_(5)Si_(3)/TiC/ZrB_(2)-SiC-C。不同的保温时间未改变钎焊接头的相组成,但对于接头界面微观形貌、焊缝厚度及组成相的数量有影响。随钎焊保温时间增加,焊缝中心Ag(s,s)、Cu(s,s)区域逐渐减小,近TC4侧反应中Ti-Cu反应层厚度逐渐增加,其中保温30min焊缝厚度最厚为70μm、焊缝中心区域厚度为45μm。室温平均剪切强度随保温时间增加,先增加后降低,在保温时间20min时,剪切强度最大为34MPa。

焊接速度对TC4钛合金光纤激光焊接接头组织性能的影响

采用光纤激光器对4 mm厚的TC4钛合金板进行了激光焊接,通过调整焊接速度获得了不同热输入下的焊接接头,利用金相设备、显微硬度计和拉伸试验机对焊接接头的显微组织和力学性能进行研究。结果表明:焊接速度从150 mm/s降低到120 mm/s时,焊缝密集型气孔消失;当焊接速度为30 mm/s时,在焊缝中没有观察到气孔;随着焊接速度的降低,焊缝上熔宽从0.7 mm增加到2.5 mm,下熔宽从0.8 mm增加到2.8 mm。从母材到焊缝,针状马氏体α'的数量明显增加,焊缝中心产生大量马氏体α'。焊接接头的显微硬度从焊缝中心的367 HV下降到母材的344 HV;低焊接速度下,有利于气孔逃逸出熔池,断裂发生在母材。高焊接速度下,断口中有气孔产生,严重影响焊接接头强度和延伸率,使得断裂发生在焊缝。

扫描顺序对CFRTP/TC4激光连接应力场和变形的影响

为了研究扫描顺序对碳纤维增强热塑性复合材料(CFRTP)下板与TC4钛合金上板双道激光搭接连接后构件残余应力及变形的影响,首先建立了由高斯面热源和指数旋转抛物线体热源组成的复合热源模型,并验证了该模型的合理性。随后,模拟双道激光连接过程的等效应力和变形的演化规律,以研究不同顺序下残余应力和变形的分布情况,并将残余应力的模拟结果与试验结果进行对比,说明了模拟结果的准确性。结果表明,不同激光扫描顺序下的残余应力分布有所不同,当激光扫描顺序为从右向左时,结构件的残余应力的分布较均匀,应力峰值较小。同时,扫描顺序的改变对连接结构残余变形几乎无影响。因此,采用从右向左的扫描顺序有利于CFRTP/TC4钛合金双道激光连接。

聚酰亚胺纤维/双马树脂复合材料抗高速冲击性能

采用热压罐成型工艺制备聚酰亚胺纤维/双马树脂复合材料,并采用空气炮冲击实验研究聚酰亚胺纤维体积分数和环境温度对复合材料层板抗高速冲击性能的影响。结果表明:与等面重下TC4钛合金相比,S35聚酰亚胺纤维复合材料抗高速冲击性能更优,且具有优异的高温抗高冲击性能。聚酰亚胺纤维体积分数越高,复合材料层板抗高冲击性能越高,其中,73%体积分数的聚酰亚胺纤维复合材料层板室温弹道吸能可达227.0J,比等面重下TC4钛合金高240%。冲击速率较低时,复合材料弹击面出现周围含纤维分层开裂的圆形凹坑,背弹面出现沿纤维方向的分层开裂;冲击速率较高时,复合材料层板弹击面出现周围含纤维分层开裂的圆形通孔,背弹面出现沿纤维方向大面积纤维分层开裂。

TC4纤维增强铝复合材料的高速撞击损伤行为

针对航天器空间碎片防护材料需求,采用二维编织的TC4纤维作为增强体制备了(2D-Tif)/Al复合材料,并采用二级轻气炮研究了复合材料在高速粒子撞击下的损伤行为及其组织演变规律。结果表明,(2D-Tif)/Al复合材料靶板的破坏以侵彻穿深为主,背面产生了带裂纹的鼓包或发生略微崩落;其抗高速撞击能力优于等厚的LF6基体合金,平均吸能能力比基体合金提高了8.4J。复合材料内部的基体合金在高速粒子撞击下被严重挤压变形,在远离弹坑部位,基体合金变形减轻,缺陷以微裂纹和微孔洞为主。高强韧Ti纤维的加入起到了承载和吸能作用,有效减缓了基体合金的变形,并抑制了基体合金中绝热剪切带的形成。

薄板钛合金光纤激光-钨极惰性气体保护焊电弧复合焊接工艺研究

针对1mm厚TC4钛合金薄板进行光纤激光-钨极惰性气体保护焊(TIG)电弧复合焊接试验,研究了激光功率、电弧电流、热源间距、保护气成分等工艺参数对焊缝成形的影响,同时分析了焊接接头的显微组织及力学性能。研究结果表明:随着电弧电流增加、主保护气中He气比例升高,焊缝的熔化量逐渐增加;随着激光功率和两热源间距的增加,焊缝熔化量呈波动性变化。焊缝咬边程度和复合热源的热输入有关,输入的能量越大越集中,焊缝咬边深度越小。焊接保护效果主要由电弧输入的热量决定,输入的热量越大,保护效果越差。在优化的工艺参数下,复合焊接的接头抗拉强度高于母材,延伸率低于母材,这与焊缝中马氏体组织的分布有关,拉伸断裂位于母材。

碳纤维增强复合材料与钛合金激光连接仿真

为了研究不同工艺参数对TC4钛合金与连续编织碳纤维增强聚醚醚酮基复合材料(CFPEEK)的激光焊接接头的影响规律,并对焊接工艺窗口进行预测,使用ABAQUS软件建立基于热传导的有限元仿真模型,计算TC4钛合金/CFPEEK激光焊接接头的温度场分布。针对CFPEEK中连续编织碳纤维的实际铺层情况,在建模时对复合材料进行分层处理,将碳纤维层视为正交性质的材料。在此基础上探究了激光功率、焊接速度、光斑尺寸对焊缝熔化深度及宽度的影响规律,计算结果与实际试验结果吻合度较高,激光功率、焊接速度、光斑尺寸等工艺参数均对接头结合处的温度有较大影响。经过多组参数的计算,得到了TC4钛合金/连续编织CFPEEK激光连接的预测工艺窗口。结果表明,所建立的有限元模型能够有效模拟连续编织CFPEEK与TC4钛合金激光连接的温度场分布,对实际试验有一定指导意义,可降低试验成本。