超声固结区域温度场分析及实验研究

温度是影响超声固结质量的重要因素,针对固结区域温度难以直接测量的现状,通过数值模拟研究工艺参数对固结温度的影响。首先,基于Hertz接触理论和Coulomb摩擦定律分析了固结区域的摩擦功,建立了固结区域的发热模型;其次,建立了钛铝箔材的超声固结三维热传导有限元模型,并且分析了主要工艺参数对固结区域温度场分布的影响;最后,为了验证模型的有效性,建立了超声固结加工温度测试平台,通过在基板埋植热电偶的方式测量固结时的温度,发现实验结果与数值仿真结果变化趋势一致,证实了模型的有效性。

金属超声波固结制造技术研究进展

金属超声波固结技术是基于超声金属焊接技术基础上发明的一种固态增材制造新方法,该技术因具有节能环保、高效、低成本等方面的优势而得到了广泛关注,在航空航天、汽车工业、武器装备等领域有广阔的应用前景。系统介绍了金属超声波固结技术的基本原理和特点,概述了金属超声波固结技术的国内外发展现状,最后阐述了金属超声波固结的发展前景。

基于压电超声的金属箔材固结振动系统能量建模

为完成对金属箔材超声固结过程的研究,探讨金属箔材超声固结机理,通过对金属箔材固结振动系统进行能量建模并进行运动学分析,从微观角度对金属箔材超声固结过程进行剖析。结果表明,在一定的压力和超声振动作用下,金属箔材间的高频振动摩擦会导致温度升高进而提高进入材料界面的能量,从而使金属原子间的扩散系数增加,金属箔材得到软化,最终金属相互键合形成界面固结。

固结磨料超声磨削用压电换能器等效阻抗分析

固结磨料超声磨削加工过程中,随着负载的快速变化,压电换能器必须保持快速的频率跟踪与功率匹配响应,才能满足高效精密加工需求。该文从微观角度分析了固结磨料超声磨削的材料去除过程,通过建立压电换能器的力学模型,基于力电类比,得出压电换能器的等效阻抗与负载变化关系,即换能器的负载越大,其等效阻抗越大。当采用恒压源驱动压电换能器时,当换能器的负载越大,输出功率越小;反之,负载越小,输出功率越大,换能器无法工作在最佳状态。因此,为改善加工稳定性,提高材料表面完整性,提出了压电换能器的智能化恒流激励电源驱动方案,并进行了空载和负载状况下的电源系统测试试验,为进一步展开相关加工工艺研究奠定了坚实的基础。

超声固结钛/铝箔材界面剥离强度与结合机理分析

以1100铝箔和TA1钛箔为基体材料进行异种金属超声固结研究。制备了Ti/Al箔材金属层状复合材料试样,应用剥离试验研究了振幅、静压力对Ti/Al箔材界面结合强度的影响规律,利用扫描电镜研究了剥离界面的微观形貌,采用EDS对剥离界面进行能谱分析,通过透射电镜对Ti/Al箔材界面微观组织进行观察。结果表明,超声固结可以实现Ti/Al箔材良好的结合,界面结合强度随着静压力的增大先增大后减小,随着振幅的增大单调递增;在振幅35μm,静压力1.5 kN条件下,获得最佳的超声固结界面,其剥离强度为11.325 N/mm;Ti箔材的剥离界面中Al元素均匀分布,并存在明显的韧窝组织;Ti/Al界面存在元素过渡区,界面处晶粒细化明显;铝箔表面氧化膜破碎,且钛元素以弥散的形式嵌入到铝晶粒内部。

超声固结Ti/Al叠层复合材料力学性能分析

以1100铝箔以及TA1钛箔为原材料,通过超声固结制备了Ti/Al箔材金属层状复合材料试样,应用准静态拉伸试验研究了Ti/Al叠层复合材料的力学性能与Ti,Al箔材力学性能之间的关系,获得了不同温度条件下的Ti/Al叠层复合材料的力学性能变化规律,利用数码相机记录了Ti/Al叠层复合材料的拉伸变形过程及失效形式,采用扫描电镜(SEM)对其断口进行分析,通过原位三点弯曲试验对其弯曲变形过程进行分析。结果表明,Ti/Al界面成形了可靠的连接,变形性能较好的Ti层带动Al层协调变形,提高了整体的变形能力,延伸率可达31%,随着变形温度的提高,延伸率逐渐降低;室温条件下Ti,Al层清晰可见且开裂,Ti,Al层断口上均布满了大小不等的韧窝,高温条件下Ti,Al开裂不明显,局部的韧窝的尺寸更大;在弯曲变形过程中,裂纹在Ti层、Ti/Al界面的不断转移,吸收变形过程中的能量,延缓了裂纹的扩展。

超声波金属快速增材制造成形机理研究进展

为了克服现有的高能束金属快速成形与制造工艺的局限性,近年来人们发展了超声波金属叠层结构快速固结成形与制造的技术,该技术采用大功率超声能量,以金属箔材为原材料,利用金属层间振动摩擦产生的热量,促进层间金属原子相互扩散和形成固态物理冶金结合的界面,且具有温度低、变形小、速度快、绿色环保等优点,适合于复杂叠层零部件成形、加工一体化智能制造,是一种新型的增材制造3D打印技术。简要介绍了超声波金属叠层结构快速固结成形与制造这一先进增材制造技术的应用,主要综述了现有的Al/Al、Cu/Cu、Ti/Al等同种和异种金属叠层系统工艺参数优化方面的研究成果,着重分析了超声波固结成形金属物理冶金的微观机理和界面性能的表征技术。在此基础上,针对目前超声波金属固结成形机理研究的现状提出了有待深入研究的内容。

镁铝复合板制备及成形技术研究进展

镁铝复合板是在镁合金外表上面覆盖一层铝而形成的铝–镁–铝三明治复合板,与镁合金相比,复合板的耐蚀性能得到有效改善,成形能力得到显著提高。对镁铝复合板制备方法及成形工艺进行了综述,介绍了镁铝复合板不同制备方法的研究进展,并对比分析了不同制备方法的优缺点,分析了现有镁铝复合板结构成形方法的不足之处,并提出了相应的解决途径,为镁铝复合板结构在航空航天领域的应用提供参考。

金属粉末的直接快速成型技术

介绍了金属粉末直接快速成型零件的新方法、特点、金属粉末连接所用能源的种类及发展。并介绍了影响金属粉末成型零件的因素,指出了金属粉末快速成型金属零件发展方向。

Effect of ultrasonic power and casting speed on solidification structure of 7050 aluminum alloy ingot in ultrasonic field

With the experiment and finite element simulation, the influences of power ultrasonic on the solidification structure of 7050 aluminum alloy ingot in semi-continuous casting were researched, and the effects of casting speed on solidification structure in ultrasonic field were also analyzed. The experiment and simulation results show that the solidification structure of the ingot is homogeneously distributed, and its grain size is obviously refined at ultrasonic power of 240 W. The average grain sizes, which can be seen from the Leica microscope, are less than 100 μm. When the casting speed is 45-50 mm/min, the best grain refinement is obtained.