激光选区熔化Al-Mg-Sc-Zr合金各向组织与损伤容限性能

研究激光选区熔化(selective laser melting,SLM)技术成形Al-Mg-Sc-Zr合金材料不同取向的显微组织特征、拉伸和损伤容限性能。结果表明:YZ截面为细小的等轴晶和粗大的柱状晶组成的双峰组织,XY截面由细小的等轴晶组成;0°和90°方向屈服强度、抗拉强度均超过500 MPa,各向异性较小,但堆积层间存在的未熔合缺陷使得90°方向断裂伸长率明显低于0°方向;0°和90°CT试样K_(IC)分别为21.41 MPa·m^(1/2)和20.89 MPa·m^(1/2),在柱状晶区域裂纹扩展阻抗低,导致90°CT试样K_(IC)稍小;显微组织和缺陷是影响裂纹扩展性能各向异性的主要因素,在近门槛区未熔合缺陷起主导作用,当裂纹面平行于水平方向时裂纹扩展速率更快;在稳态扩展区显微组织的影响起主导作用,当裂纹面平行于水平方向时为穿晶断裂,裂纹扩展阻抗较高,裂纹扩展速率较低。

增材制造Ti6Al4V合金损伤容限性能研究进展

Ti6Al4V合金综合性能优异,是现阶段航空航天工业用量最大的钛合金。随着新一代航空航天装备对高效能、高可靠性、轻量化及长寿命等技术指标的要求日益提高,利用增材制造技术快速制备结构复杂的钛合金构件成为近年来的研究热点。伴随航空航天工业发展,损伤容限设计成为该领域结构设计和材料选择的基本判断依据。现有研究表明,增材制造Ti6Al4V合金损伤容限性能已经基本达到甚至超过锻造或轧制退火水平。以激光选区熔化成形技术、激光熔化沉积技术、电子束熔化成形技术和电弧增材制造技术制备的Ti6Al4V合金为对象,综述了不同增材制造工艺及后续热处理对显微组织、残余应力等损伤容限性能影响因素的影响,阐明了近年来增材制造Ti6Al4V合金损伤容限性能的相关研究进展。

钛合金β晶粒生长规律及晶粒尺寸对损伤容限性能的影响

分别对α+β两相区及β单相区锻造的TC4合金在相变点以上温度保温,然后对不同温度条件下原始β晶粒尺寸进行统计,并测试了几种不同晶粒尺寸下的疲劳裂纹扩展速率及断裂韧性。晶粒尺寸统计结果显示:原始β晶粒尺寸不仅与热处理温度和时间有关,也与锻造工艺有关。原始β晶粒尺寸与保温时间呈指数关系;在1h条件下原始β晶粒尺寸并不总是随温度的升高一直增大,在某个温度范围内有一极值;锻造工艺不同,原始β晶粒尺寸波动也不同。从晶粒生长的热力学及动力学两方面对上述现象进行了分析。力学性能结果显示晶粒尺寸对裂纹扩展速率及断裂韧性均有影响,并对影响机理进行了分析。

TA15钛合金显微组织与损伤容限性能的关系

研究组织形态与TA15钛合金损伤容限性能的关系。结果表明:组织形态对TA15钛合金损伤容限性能的影响较大,细片未变形魏氏组织、变形魏氏组织和网篮组织具有较高的断裂韧性和较低的疲劳裂纹扩展速率,同时仍保持较高的塑性,具有较好的损伤容限性能。

航空用新型低成本钛合金显微组织与损伤容限性能关系研究

利用扫描电镜对某新型航空用Ti-Al-Mo-Cr-Zr系低成本钛合金的双态组织、片层组织及网篮组织3种典型显微组织特征和裂纹扩展过程进行了观察和分析,并对具有不同类型显微组织的合金进行了拉伸、断裂性能和疲劳性能的检测。结果表明:该新型Ti-Al-Mo-Cr-Zr系高性能低成本钛合金在不同显微组织下均具有良好的强度—塑性—韧性—疲劳性能的匹配。其中,双态组织的该合金具有最高的强度和塑性,但损伤容限性能较低(断裂韧性稍低,疲劳裂纹扩展速率高);网篮组织的该合金具有良好的断裂韧性和疲劳强度,疲劳裂纹扩展速率与双态组织的水平相当;片层组织的该合金具有最为优异的损伤容限性能(最低的疲劳裂纹扩展速率和最高的断裂韧性),但疲劳极限、强度和塑性稍低于双态组织和网篮组织的该合金。

环氧基CFRP冲击性能及损伤容限性能研究

为获得碳纤维增强复合材料(carbon fibre reinforced plastics,CFRP)受低速冲击时的损伤情况,对环氧基CFRP层合板进行抗冲击及损伤容限性能试验。为获取不同冲击能量下CFRP层合板的低速冲击响应信息,对CFRP层合板进行低速冲击试验,基于试验结果进行层合板低速冲击损伤形式、损伤机理及能量响应和冲击损伤形貌分析;为确保复合材料结构的耐久性和损伤容限,进行冲击后压缩试验,分析CFRP的损伤阻抗和损伤容限。结果表明:冲击能量在冲击过程中被吸收或转化,CFRP层合板的分层阈值和冲击能量无关,与材料的属性及成型工艺相关;CFRP层合板的冲击能量-凹坑深度曲线与凹坑深度-剩余压缩强度曲线拐点位置一致,且拐点对应的凹坑深度不超过BVID规定的凹坑深度。

TA15钛合金显微组织与损伤容限性能关系

本文研究了组织形态与TA15钛合金损伤容限性能的关系。结果表明,组织形态对TA15钛合金损伤容限性能影响较大,细片未变形魏氏组织、变形魏氏组织、网篮组织具有较高的断裂韧性和较低的疲劳裂纹扩展速率,同时仍保持了较高的塑性,具有较好的损伤容限性能。

单轴拉伸条件下先进增强结构力学性能研究

目的研究单轴拉伸条件下先进增强结构的力学性能。方法开展先进增强结构以0.02 mm/s匀速加载至20 000 N的静力拉伸实验,采用应变检测方法获取先进增强结构复合材料结构和金属基体结构的应力应变分布特点,研究先进增强结构对金属基体应力水平的降低程度。结果在确保先进增强结构完好的情况下,先进增强结构能大幅度降低金属基体结构的应力水平,降低程度约为85%。结论按照飞机高应力区结构特点和载荷分布特点,合理布置先进增强结构,能增加局部区域的传递路径,减小局部区域的应力水平,提高该区域的疲劳和损伤容限性能。

海洋环境下先进增强结构的环境适应性研究

为开展海洋环境下先进增强结构的环境适应性研究,通过实验室加速腐蚀试验研究了先进增强结构在海洋环境下的耐蚀性,试验包括5个周期的腐蚀环境试验和裂纹扩展试验。研究表明:经过5个周期的腐蚀环境试验后,先进增强结构未出现腐蚀现象,说明先进增强结构腐蚀防护性能满足海洋环境下要求,证明先进增强结构能有效降低裂纹扩展速率。先进增强结构的防护体系满足海洋环境下的腐蚀防护要求,能有效提高损伤容限性能。