铝/钛复合管的爆炸焊接试验

设计了2A12(LY12)/TA1复合管爆炸焊接所用的模具;阐述了该复合管的爆炸焊接工艺,并根据力学性能及SEM和XRD的测试结果和分析指出该复合管界面为理想的微波状结合,界面结合区未产生金属间化合物,其力学性能完全能满足使用的要求,因此,所采用的爆炸焊接工艺是可行的;另外,依据界面线扫描曲线还发现,该复合管的界面结合区中性面偏于扩散势较低的TA1管侧。

芯模参数对铜钛复合管绕弯成形质量影响的研究

异质双金属管具有优良的综合性能,且发展异质双金属复合管的塑性弯曲成形工艺,是工业技术发展的必然趋势。由于复合管结构的特殊性,弯曲成形时应力和应变状态复杂,易产生基—覆管界面分层、截面畸变和起皱等成形缺陷,且这3者之间存在耦合作用。研究发现,可以通过合理的内腔填充来抑制双金属管的截面畸变。文章通过有限元法分析,研究弹性芯模参数和刚性芯模参数对铜钛双金属复合管绕弯成形过程中截面畸变的影响规律,对比不同芯模填充对控制复合管截面畸变的作用。

影响凝汽器钛复合管板高速钻孔加工的关键因素

某型凝汽器设备利用海水作为冷却介质,凝汽器管板采用了爆炸复合的钛复合板。对钛复合管板进行高速钻孔加工,是凝汽器制造中的难题。通过大量的工艺试验及数据分析,钛复合管板的平面度、管板加工时的装夹、选择刀具及切削参数等因素,都会影响高速钻孔的加工质量。选择适当的加工工艺,是提高钛管板钻孔质量的关键。

钛管——钛复合管板热交换器工艺总结

钛管－钛钢复合管板热交换器具有制造成本低，寿命长，运行可靠等优点，在沿海和内陆盐碱地区以腐蚀性介质为冷却介质的热交换器上有广阔应用前景。文章介绍了东方汽轮机厂自行开发的３００ＭＷ机组钛管－钛钢复合管板凝汽器，水－水换热器在制造过程中进行的管板孔加工，管－管板胀接，密封焊等各项工艺试验及制造过程。通过研制开发这类产品，该厂占领了沿海市场，取得了良好的经济效益和显著的社会效益。

旋转超声加工对TiBw网状钛基复合材料表面残余应力的影响

为研究不同切削条件下旋转超声加工对材料表面残余应力的影响,选取硼化钛晶须(TiB whiskers,TiBw)网状钛基复合材料为实验对象,使用镍基电铸金刚石砂轮进行旋转超声加工,并分析了加工后材料的表面残余应力。结果表明:由于钛基复合材料具有网状结构和优异的高温性能,使切削热和微观相变产生的残余应力较小,磨粒机械作用产生的残余应力更大。随着超声振动的引入,磨粒高频冲击工件表面,使旋转超声加工工件表面残余应力均大于普通磨削。在主轴转速n=9000 r/min,进给速度v f=8 mm/min,加工深度a p=25μm的加工参数下,旋转超声加工工件表面存在-540 MPa的残余压应力,随着主轴转速增大,残余应力显著减小,并且残余应力的影响层深度逐渐减小。超声振动的引入增大工件表面残余压应力,提高材料抗疲劳性能。

TiB+TiC含量对锻态钛基复合材料微观组织及力学性能的影响

通过3次真空自耗电弧熔炼、自由锻+旋锻的方式制备了不同TiB+TiC含量的颗粒增强钛基复合材料,研究了TiB+TiC含量对锻态钛基复合材料组织与力学性能的影响。结果表明,添加的B4C在基体中完全反应,TiC为唯一碳化物,TiB为唯一硼化物。经锻造后,钛基复合材料横向组织由球状、片状α相和包围在四周的β相组成,短棒状和块状增强相离散分布,而纵向组织由沿着流变方向被拉长的α相和β相组成,增强相沿着流变方向排列分布。当TiB+TiC含量为5vol%时,钛基复合材料表现出优异的综合性能,抗拉强度达到1291 MPa,延伸率为8.5%,磨损体积较相同工艺制备的TC4钛合金减少25%。当TiB+TiC含量增加到10vol%时,粗大的TiB增强相和微孔缺陷数量大幅增加,钛基复合材料的塑性和耐磨性被削弱。

冷喷摩擦复合增材制造制备ZrO_(2)颗粒增强钛基复合材料组织与磨损性能

采用冷喷涂增材制造和冷喷摩擦复合增材制造技术制备了ZrO_(2)颗粒增强钛基复合材料,使用SEM和EBSD等表征了微观组织特征,研究了模拟体液环境下的磨损性能和磨损机制。结果表明:相较于冷喷涂增材制造试样,冷喷摩擦复合增材制造试样中孔洞缺陷消失,组织明显致密化,ZrO_(2)均匀分布于Ti基体中,试样的致密度达99.1%。冷喷摩擦复合增材制造过程中发生了连续动态再结晶,平均晶粒尺寸均匀化至2.5μm。相较冷喷涂增材制造试样,冷喷摩擦复合增材制造试样显微硬度显著提升(由221 HV 0.2提升至544 HV 0.2)。在模拟体液环境下,冷喷摩擦复合增材制造试样具有较低的磨损率(1.09×10^(-3)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1)),表现出较好的耐磨性。磨粒磨损和粘着磨损是冷喷涂增材制造试样的主要磨损机制,而磨粒磨损是冷喷摩擦复合增材制造试样的主要磨损机制。

TiB增强钛基复合材料的热腐蚀行为

钛基复合材料因其优异的高温力学性能,在航空航天和海洋工程领域具有广泛的应用前景。但在高温含盐环境下服役时,会遭受热腐蚀,限制其应用。在钛基复合材料中添加TiB增强相,可进一步提高其高温强度和使用温度,在此基础上,研究其在高温盐环境下的热腐蚀行为和机制。研究了TiB增强钛基复合材料在973 K条件下热腐蚀30 h的腐蚀行为,测定了材料的热腐蚀质量变化,并采用X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)对材料热腐蚀后表面腐蚀产物、形貌以及截面结构进行分析。热腐蚀过程中,材料表面形成细丝状TiO2晶体、微裂纹以及颗粒状腐蚀产物等形貌。结果表明,随着TiB增强相体积分数的增加,材料表面氧化物膜层致密度增加,膜层中缺陷减少,表面腐蚀行为减轻,材料耐热腐蚀性提高。

镀镍石墨烯/钛复合材料界面力学行为的分子动力学研究

目的研究拉伸载荷下镀镍石墨烯/钛复合材料界面的应力-应变行为。方法采用分子动力学模拟方法,建立了镀镍石墨烯/钛复合材料界面的单晶模型,研究了不同方向拉伸载荷下材料的力学行为。结果镀镍石墨烯复合材料的力学性能随着镀层厚度的增大而提高,镀层镍可以作为位错源使复合材料的位错密度提高,镀层镍塑性变形的滞后使镀镍石墨烯/钛复合材料具有更高的塑性变形能力。结论材料的力学性能更多依赖于镀镍层数,随着镀层厚度的增大,镀镍石墨烯/钛复合材料表现出了更高的抗拉强度,但界面处的裂纹和空洞数量也有所增加,材料的延伸率有所下降。

送粉式激光增材制造工艺修复钛-不锈钢复合板的研究

为解决钛钢复合板制造和服役过程中产生的超标缺陷无法直接熔焊修复的难题,通过选择合适的中间层种类及厚度,分析了TA2/S30408复合板送粉式激光增材制造工艺的可行性。结果表明:相较于Cu-Ti梯度沉积层,纯铜层在沉积过程中裂纹萌生和扩展倾向更小,更适合作为钛-不锈钢复合板的中间层;中间纯铜层多次沉积且总厚度控制在1~1.2 mm时,可以在不降低复合板界面剪切强度的前提下,有效阻止不锈钢层中的Fe元素向钛层的扩散;TA2/S30408复合板各沉积层结合良好、无明显气孔裂纹等缺陷,剪切强度达标,有望利用送粉式激光增材制造工艺修复钛-不锈钢复合板。

移动感应加热异温轧制钛/铝复合板的协调变形和力学性能

提出了一种移动感应加热异温轧制制备钛/铝复合板的方法,应用电磁感应单独加热移动的钛板,与室温铝板轧制复合,实现钛和铝的协调变形,提高了复合板的结合强度。采用ANSYS有限元软件模拟移动感应加热过程中钛板的温度变化过程,确保在轧辊入口位置时,钛板沿宽度方向温度分布均匀。基于有限元模拟结果确定钛板移动速度和感应加热参数,并进行了移动感应加热和轧制复合实验,研究了不同压下率对于钛/铝复合板协调变形和结合强度的影响。结果表明:随着压下率的增加,钛/铝变形率差值先减小后增大,当轧制压下率为39.4%时,钛/铝轧制变形率基本一致,轧后复合板平直,界面剪切强度最高,达到124.6 MPa,剪切断裂发生在铝基体上。

增材制造钛基金字塔点阵结构对镁/钛双金属复合材料界面强化的优化

采用超声辅助固-液复合铸造的方法,通过在界面处采用增材制造的钛基金字塔型点阵材料制备镁/钛异种双金属复合材料。采用正交法对点阵结构参数进行优化。结果表明,优化后的点阵结构参数为:杆直径(d)1 mm,杆长与杆直径比(l/d)3,上节点和下节点直径与杆直径比(d_(1)/d,d_(2)/d)均为2.5,其中l/dd是影响接头失效强度的最显著因素,最优点阵结构参数下镁/钛双金属接头的失效强度为77.3 MPa。实验结果和有限元分析表明:随着点阵结构长径比的增加,镁/钛双金属接头的失效强度先增加后减小,当长径比为3时,失效强度达到最大。

钛基石墨烯复合材料的分散性、界面结构及力学性能

石墨烯由于独特的结构和优异的力学、导电、润滑等性能,被认为是理想的金属基复合材料的增强体。将石墨烯作为增强体增强钛基复合材料有着巨大的应用潜力。然而,石墨烯的分散性及其与钛基体的反应是制约获得高性能石墨烯增强钛基复合材料的难点。本文综述了钛基石墨烯复合材料的分散性、界面及力学性能的研究进展。钛基石墨烯复合材料通常采用粉末冶金法制备,石墨烯能较均匀地分散于复合材料组织中,但当石墨烯添加量过多时仍会出现团聚现象。石墨烯与钛基体易发生反应生成TiC,通过固化烧结工艺的改进、基体复合化、石墨烯表面改性以及原位自生等方法可以有效地抑制界面反应并提高界面结合力。随着石墨烯含量的增加,钛基石墨烯复合材料的压缩、拉伸强度与硬度一般呈现先增大后减小的趋势。石墨烯增强钛基复合材料的强化机制通常以载荷传递强化为主,但有些情况下由石墨烯引起的位错强化、细晶强化及奥罗万(Orowan)强化效果也较为显著。

石墨烯增强钛基复合材料研究进展

非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)具有高比强度、低密度、优异的耐蚀性等诸多特性,在航空航天、国防工业、交通运输等领域具有广泛的应用前景。石墨烯具有良好的本征物理和力学性能,是近年来的二维碳纳米“明星”材料,被视为极具潜力的DRTMCs纳米增强体。国内外研究者聚焦DRTMCs设计与制备,突破了低温快速成型和界面改性等关键技术,初步实现了界面精细调控和微观构型,获得石墨烯在钛基体中的本征增强,制备出强塑性匹配较好的DRTMCs。简要综述近些年来石墨烯增强钛基复合材料的设计方法和制备工艺,探讨界面反应、界面结构、微观构型等关键因素对复合材料力学性能和失效机制的影响规律,并提出石墨烯增强钛基复合材料未来的发展方向。

不同真空度下轧制钛钢复合板的界面氧化行为

采用真空热轧复合技术制备了TA2/Q345R钛钢复合板,通过扫描电子显微镜(SEM)、维氏硬度计、万能拉伸试验机等分析了不同真空度下轧制钛钢复合板的界面组织和力学性能。结果表明:当复合坯真空度为1 Pa时,钛钢复合板钛复层氧化明显,TA2表面分别产生了10μm的富氧层与硬化层,硬化层硬度约为325 HV;当复合坯真空度为0.1 Pa时,TA2表面部分氧化导致钛钢界面产生约40μm厚的间隙,局部位置还产生了冶金结合;当复合坯真空度达到0.01 Pa时,钛钢复合界面平整连续无缺陷,平均剪切强度约179MPa。综上,0.01 Pa是轧制法制备钛钢复合板的合理真空度。

钛碳硼复合粒子对ZL205A齿轮室铸件组织和力学性能的影响

采用一种新型的Al-TCB中间合金对ZL205A齿轮室铸件进行晶粒细化,研究了添加不同含量的Al-TCB中间合金对齿轮室铸件组织和力学性能的影响。结果表明,Al-TCB加入能明显细化ZL205A合金组织,当加入1.0%Al-TCB时,合金晶粒尺寸由240μm细化至60μm左右,合金晶粒细小、组织均匀、致密度高,析出的钛碳硼复合粒子为初生α-Al生长的异质形核质点。随着Al-TCB中间合金加入量的增加,断口形貌中韧窝区面积和析出相的密度同步增加,合金强韧化效果显著,试样的显微硬度、抗拉强度和伸长率最高达到HV143、502 MPa和5.1%。

预合金化粉末制备钛基复合材料研究进展

钛基复合材料(TMCs)以其高强度、高比模量、优良的耐磨性和耐热性,成为航空航天等领域广泛使用的先进结构材料。粉末冶金(PM)和增材制造(AM)作为TMCs的常见先进制备工艺,因其具有高材料设计自由度和材料利用率而备受青睐。然而,这些工艺在增强相分布、尺寸及结构方面的局限性,使得TMCs的力学性能提升面临挑战。预合金化粉末为TMCs提供了新颖的增强相结构,可以将TiC、TiB等陶瓷颗粒细化至纳米级并均匀分布,显著细化材料,同时,还可以与一次粉末边界(PPB)网络结构结合,实现增强相的多级分布,为PM和AM工艺在优化TMCs的强塑性方面开辟新的途径。基于此背景,本文综述了利用预合金化粉末制备PM TMCs和AM TMCs的研究进展,介绍了预合金化粉末的制备工艺,并探讨了其带来的新型结构与性能优化效果。最后,总结了该工艺在当前阶段面临的突出问题,并展望了未来的研究方向和发展趋势。

深冷处理时间对激光粉末床熔化沉积TiC/TC4钛基复合材料组织演变及力学性能的影响

目的探明不同深冷处理时间对TiC/TC4钛基复合材料组织演变及其力学性能的影响规律,分析TiC/TC4钛基复合材料在深冷环境下的使用性能。方法利用低能球磨法得到石墨烯(GNPs)/TC4复合粉末,采用激光粉末床熔化沉积法制备TiC/TC4钛基复合材料,通过液氮浸泡法进行不同时间的深冷处理,然后恢复至室温进行拉伸试验。结果深冷处理过TiC/TC4钛基复合材料的拉伸强度均高于深冷处理过TC4合金的拉伸强度,断裂韧性却得到不同程度削弱。结论原位自生TiC的载荷传递作用可以增强TiC/TC4钛基复合材料在拉伸变形过程中的变形能力,使复合材料的拉伸强度得到提高;随深冷时间的持续延长,冷应力不仅会导致TC4合金原始细长针状马氏体断裂,还会驱使TiC/TC4钛基复合材料陶瓷增强相TiC发生不同程度的偏聚。此外,深冷处理后TiC/TC4钛基复合材料产生的晶格畸变现象会降低α-Ti基体一侧的应变值,使复合材料晶格畸变区域应变不均匀分布,弱化TiC/TC4钛基复合材料晶格畸变区域原子的变形协调能力,导致TiC/TC4钛基复合材料的断裂韧性值相对低。

双作用多级钛/铝复合液压缸的轻量化设计及校核

对一般脱轨事故的动车车辆实施顶复作业是一种常用的救援方法,对于顶复作业,液压起复机具是技术关键,其中液压缸是主要的支撑设备。为解决铁路救援设备液压缸重量大、携带不便等问题,设计了一种双作用多级钛/铝复合液压缸。在保证液压缸安全前提下,与原有液压缸重量作对比,通过轻量化设计后对比发现钛/铝复合液压缸缸体重量从29.5 kg降至21.9 kg,减重可达25.7%,且应力分布、材料利用率、液压缸耐腐蚀性能、耐磨性等指标均优于纯钛合金液压缸。对液压缸的轻量化开发不但提升铁路救援便捷性和效率,还为液压缸设计和制造水平开拓了新视野,更符合市场需求。

铝钛复合交联剂的合成及酸性交联瓜尔胶研究

以聚合氯化铝、钛酸四丁酯、乳酸、甘油、三乙醇胺、醋酸为原料,合成了大分子尺寸铝钛复合交联剂,制备了酸性瓜尔胶冻胶压裂液,考察了冻胶的耐温耐剪切性能以及粘弹性,表征了冻胶的微观结构,研究了冻胶破胶液的防膨性能和残渣含量。实验结果表明:以聚合氯化铝为原料制备的铝钛复合交联剂具有更大的分子尺寸,该交联剂在交联过程中扩散速率降低,可实现延迟交联,形成的冻胶微观网格尺寸有明显的增大,尺寸大小在44~51μm之间,冻胶具有较好的粘弹性和较强的耐高温耐剪切性能。破胶液在不加防膨剂的情况下防膨率达到65.1%,且残渣量较低,对储层伤害小。