飞机起落架用300M超高强度钢的表面脱碳行为研究

300M超高强度钢具有优异的综合性能,被广泛应用于飞机起落架系统中各种重要承力锻件的制造。在热加工生产流程中,长时间高温加热和热处理,材料不可避免会发生脱碳现象,脱碳会显著恶化钢质锻件表面的微观组织和力学性能,是飞机起落架零件上不允许出现的一种材料缺陷。通过箱式电阻炉等温加热实验,利用金相法,研究了保温时间、加热温度和热处理工艺等工艺参数对300M超高强度钢脱碳行为的影响。结果表明:当加热温度为1160℃时,在0.5~2 h保温时间范围内,300M超高强度钢的脱碳层深度随着保温时间的延长而增大,但是脱碳层深度增长趋势随着保温时间的增加而变缓;当保温时间为2 h时,在800~1200℃加热温度范围内,脱碳层深度随着加热温度升高先增大后减小,当1100℃时脱碳层深度最大;不同热处理工艺下,不做热处理时300M超高强度钢的表面脱碳深度最小,而加热温度最高的正回火+淬回火热处理工艺的脱碳层深度最大。

300M超高强度钢高速铣削切削力建模研究

通过建立300M超高强度钢(低合金超高强度钢40CrNi2Si2MoVA)高速铣削切削力经验模型,分析切削参数对切削力的影响,为高速铣削切削参数的合理选择提供可靠依据。采用多因素正交试验方法进行300M超高强度钢高速铣削实验,使用最小二乘法等概率统计方法和回归分析原理建立切削力与轴向切深、主轴转速、进给量、径向切深之间的经验模型,对回归方程及回归系数进行显著性检验,通过切削参数优化验证切削力模型的有效性。通过正交试验直观分析考察切削参数对于铣削力的影响规律。

热处理工艺对300M超高强度钢组织和性能的影响

采用SEM、TEM等方法研究了不同回火温度对300M超高强度钢的显微组织和力学性能的影响。结果表明,300M钢经870℃淬火后,在290～320℃范围内回火,显微组织为板条马氏体、下贝氏体和残留奥氏体组成。随着回火温度的升高,板条马氏体宽度由260 nm增加到437 nm,位错密度减小,下贝氏体含量增多;合金的抗拉强度有所下降,韧性呈上升趋势,而屈服强度、伸长率和断面收缩率变化较小。当回火温度为300℃时,强度、塑性和韧性达到一个最佳匹配,合金具有最优的综合力学性能。

300M超高强度钢及其电子束焊接接头高周疲劳断裂机制研究

测试了300M钢母材及电子束焊接接头高周疲劳性能,并结合断口宏/微观形貌分析了其高周疲劳断裂机制。结果表明:焊接接头高周疲劳性能低于母材的疲劳性能。母材试样表面微观缺陷以及硬脆的非金属夹杂Ti(C,N)粒子是诱导其疲劳微裂纹形成的两大因素。通过对电子来焊接接头高周疲劳断裂机制的分析认为:一方面,焊缝柱状晶结合强度低;另一方面,焊缝柱状晶粗大,晶面平直,且分布方向不一,在外加载荷作用下应变不协调,使沿最大切应力方向分布的柱状晶在低循环次数下即沿晶界开裂形成疲劳微裂纹。

基于DEFORM-3D的300M超高强度钢切削性能的比较

运用DEFORM-3D有限元仿真软件对300M超高强度钢进行仿真切削;探讨刀具角度、切削速度、进给量、切削深度、刀具涂层对切削力、切削温度和刀具磨损的影响规律;切削仿真研究表明:对切削力的影响最大的因素是背吃刀量ap;对刀具切削温度影响最大的因素是切削速度Vc;负前角有利于减小刀具的切削力,更有利于延长刀具的使用寿命。

干式铣削300 M超高强度钢刀具磨损试验研究

针对300 M超高强度钢在加工过程中因刀具磨损造成的刀具快速失效问题,采用硬质合金涂层刀具进行了300 M钢干式铣削试验研究;通过极差分析法研究了铣削参数对刀具磨损的影响规律;以铣削速度为单一变量进行单因素试验,对刀具的磨损形式进行了分析,最后通过能谱分析揭示了刀具的磨损机理。试验结果表明:铣削速度对刀具磨损的影响最大,进给速度次之,铣削宽度最小。铣削速度越高,刀具磨损、崩刃现象越严重。刀具在磨损过程中依次经过涂层脱落,硬质合金基体材料磨损和崩刃3个阶段。刀具前刀面的月牙洼磨损随铣削速度和铣削长度的增加而增大。刀具的磨损机理为磨粒磨损、粘结磨损和氧化磨损。

300M超高强度钢高速切削过程仿真研究

针对300M超高强度钢切削加工性较差的问题,通过有限元仿真技术对300M钢的高速切削过程进行研究。在相关试验数据的基础上,创建高速切削仿真模型,研究切削过程中切屑形态、切削区的应力分布,以及切削速度、刀具几何角度的变化对切削力、切削温度的影响规律。仿真结果分析表明:仿真数据与试验数据的变化趋势基本相同,切削速度增大,切削温度随之升高,切削力先升高后下降;前角角度增大,切削力和切削温度都较大程度下降,应力向刀尖与工件接触区集中;后角增大,切削力和切削温度略有下降,但变化幅度较小。

300M超高强度钢铣削力模型构建及MOPSO优化

用正交试验法对300M超高强度钢进行铣削加工,用直观分析和方差分析探究铣削力随铣削用量的变化规律,建立铣削力的经验指数模型与GA-BP神经网络预测模型,用多目标粒子群优化算法基于铣削力和材料去除率优化铣削参数。结果表明:300M超高强度钢铣削力随铣削速度增大和每齿进给量降低得到有效改善;经优化后的BP神经网络模型预测误差显著降低,两种预测模型对铣削力均有较高预测精度,但后者误差相对较低;使用经优化后的参数,铣削力有效改善。

起落架用300M超高强度钢应力腐蚀分析与防护

目的研究起落架用300M超高强度钢的应力腐蚀防护措施。方法分析起落架用300M超高强度钢应力腐蚀开裂的机理。结果针对应力源和应力腐蚀环境对起落架的影响,从材料的制造工艺、表面应力状态和表面处理方法方面进行优化。结论提高了起落架的抗应力腐蚀能力,并对起落架的防应力腐蚀措施进行总结。

基于摩擦修正的单真空300M超高强度钢本构模型

为研究单真空300M超高强度钢高温流变行为及制定合理的热加工参数,采用Gleeble-3800热模拟实验机在应变速率为0.01~10 s^(-1)、温度为850~1200℃下进行热压缩实验,研究其流变应力与变形温度、应变速率和变形量等参数的关系,并考虑了在圆柱试样压缩变形过程中摩擦对流变应力的影响,建立了基于摩擦修正的Arrhenius本构模型。采用热压缩实验测量试样流变应力时,试样上、下端面与实验机压头之间的摩擦不可忽视,经摩擦修正后可获得更加精确的材料高温流变应力;材料的流变应力与变形温度呈负相关,与应变速率呈正相关;材料的峰值应力对变形温度和应变速率均具有较高的敏感性,但对应变速率的敏感指数更高。

300M超高强度钢在模拟海洋环境中的腐蚀行为研究

采用模拟海水全浸区的浸泡实验和模拟海洋大气区的中性盐雾实验,结合宏观和微观形貌、三维形貌、腐蚀产物分析以及电化学阻抗谱(EIS)和动电位极化曲线(PDP)测试,研究了起落架用300M超高强度钢在模拟海洋环境中的腐蚀行为以及pH对其电化学行为的影响。结果表明:300M超高强度钢对pH的变化敏感,随着pH的降低,开路电位正移;阳极过程始终由活性溶解控制,阴极过程由氧还原为主转变为析氢反应为主;容抗弧半径下降,电荷转移电阻下降,腐蚀电流密度上升,腐蚀加快。失重法得出的腐蚀速率说明在盐雾环境中比人工海水环境中的腐蚀更为严重;两种环境中的腐蚀产物均主要由α-FeOOH、γ-FeOOH、α-Fe_(2)O_(3)和Fe_(3)O_(4)组成;腐蚀呈现均匀腐蚀的特征。由于氧浓度和Cl-浓度的差异导致300M超高强度钢在两种环境中的腐蚀电化学和腐蚀产物沉积过程改变,从而腐蚀行为出现差异。盐雾环境中供氧充足,同时试样表面覆盖的薄液膜促进了腐蚀产物沉积使腐蚀更为严重。

基于仿真的M54超高强度钢真空自耗重熔工艺优化

采用Meltflow-VAR软件,选取稳态熔速为3.6、3.9、4.2、4.5、4.8、5.1 kg/min六种工艺曲线,对M54超高强度钢Φ660 mm大锭型真空自耗重熔工艺进行仿真。计算结果表明,随熔速增加,熔池深度和体积增加,熔速4.8 kg/min及以上熔池与结晶器完全接触,冷却效果得到改善。一次枝晶间距随熔速增大单调上升,局部凝固时间和二次枝晶间距在3.6~4.8 kg/min范围随熔速增加下降、在4.8~5.1 kg/min无明显变化。选取4.2 kg/min熔速开展工业化试制验证,熔池形状与计算结果吻合良好。钢锭宏观偏析程度较低,但微观偏析(枝晶偏析)的程度可达30%以上。微观偏析在有二次枝晶结构存在的位置与二次枝晶间距正相关,在无二次枝晶结构的位置与一次枝晶间距正相关。综合考虑熔速对熔池形状、枝晶间距、元素偏析的影响,建议稳态熔速优化为4.8 kg/min。

激光修复300M超高强度钢冲击韧性及断裂机理

研究了激光修复300M超高强度钢冲击韧性及断裂机理。结果表明,激光修复300M超高强度钢沉积态的显微组织从修复区顶部到基材区发生了显著变化,经过热处理后显微组织发生明显均匀化,修复试样沉积态的冲击韧性为14.3J/cm2,远低于300M超高强度钢锻件。经过热处理后,冲击韧性有了显著地提高,达到28.3J/cm2。沉积态试样的断裂方式为准解理断裂,主裂纹在扩展的过程中横穿马氏体领域,且在遇到下一个领域时会发生偏转。热处理态试样的断裂方式为韧性断裂。

300M超高强度钢在模拟积水环境中的腐蚀行为

针对飞机结构部件在服役过程中存在的缝隙积水导致结构材料腐蚀的问题,通过研究腐蚀产物、形貌、失重、腐蚀速率、腐蚀损伤度以及积水溶液与暴露金属的面容比、pH值等的变化,探讨了300M超高强度钢在模拟积水环境中的腐蚀行为。结果表明,300M钢在模拟积水中的腐蚀是从点蚀开始,然后点蚀坑扩展合并,逐渐发展为全面腐蚀,其腐蚀失重和腐蚀损伤度随腐蚀时间的增加而增大,腐蚀损伤度则呈现出幂函数变化趋势;随腐蚀时间的延长,模拟积水环境中的pH值从初期的4.2升到5.2再下降到4.8～5.0,平均腐蚀速率也从0.289g/(m2.h)线性减小到0.120g/(m2.h);电化学交流阻抗结果表明随腐蚀时间的延长,容抗弧半径逐渐增大,说明腐蚀产物对基体起到一定的保护作用,这与腐蚀速率变化规律一致;另外,不同的面容比(腐蚀介质体积与300M钢暴露面积之比)对腐蚀过程的影响是:随面容比的增加,腐蚀失重与腐蚀速率均增大。

时效温度对二次硬化超高强度钢M54力学性能和组织的影响

试验用M54钢(/%:0.28~0.32C,≤0.10Si,≤0.10Mn,≤0.005S,≤0.008P,9.5~10.5Ni,6.6~7.4Co,1.8~2.2Mo,1.1~1.5W,0.7~1.3Cr,0.04~0.16V)由5.8 t真空感应炉+2.2t真空自耗炉熔炼并锻成Ф170mm棒材。锻材1/2R切取的Ф5mm试样经1075℃90min空冷和1060℃75min油冷固溶处理+在-73℃120min深冷处理+400~600℃300min空冷时效处理。采用光学和扫描电子显微镜等分析研究了时效温度对二次硬化超高强度钢M54的力学性能及组织的影响。结果表明,试验M54钢在520℃300min时效后具有优异的综合力学性能,抗拉强度2040MPa、冲击功62J、断裂韧性110MPa·m^(1/2);在560℃时效时,出现了沿晶断裂形貌,该钢冲击功K_(U2)和断裂韧性K_(IC)分别降至26J和80.6 MPa·m^(1/2),随着时效温度升高至600℃时试验钢的冲击功K_(U2)和断裂韧性K_(IC)分别增加到56 J和131 MPa·m^(1/2)。

超高强度300M钢电子束深缝焊接力学性能及破坏机理研究

超高强度300M钢具有优异的力学性能,广泛应用于飞机起落架。通过静力拉伸、三点弯曲及动态Charpy冲击试验,揭示300M钢电子束深缝焊接的力学性能及破坏机理;对试验后的典型试样进行断口宏观与微观分析,并采用场发射扫描电镜(SEM)对断口形貌进行观察、分析。结果表明:母材与焊接件都出现明显的拉伸塑性段,二者的刚度和强度相差不大,但是焊接件的断裂应变较母材小,焊接件焊缝的韧性略低于母材;焊接件弯曲强度与母材相当,但是破坏时的弯曲变形较母材也有所下降,焊接件的延性较差;在冲击试验中焊接件吸收能量与断裂韧性均低于母材,冲击韧度降低。

超高强度钢环保型电镀锌镍合金层的耐蚀性研究

采用氯化物-硫酸盐型无镉、无氰环保型镀液在300M超高强度钢基体上制备了Zn-Ni合金镀层,利用弯曲试验、电镜扫描、能谱分析、中性盐雾试验、X射线衍射和电化学极化方法分别研究了温度和电流密度等工艺参数对Zn-Ni合金镀层的外观和结合力的影响以及镀层镍含量和微观结构与耐蚀性的关系。结果表明,电流密度对Zn-Ni镀层成分的影响明显,未钝化镀层比松孔镀镉层更耐腐蚀;温度45℃镀层Ni含量质量分数为13.5%,最高耐盐雾腐蚀时间达1 632 h。

超高强度钢300M激光焊接接头的组织和力学性能

为了研究300M低合金超高强度钢激光焊接接头的组织和力学性能,采用光纤激光器对300M钢进行自熔焊对接试验,结合拉伸测试等分析方法研究了焊接接头的焊缝形貌、组织变化特征和力学性能,讨论了焊缝金属快速凝固过程中的相变。结果表明:300M低合金超高强度钢激光焊接接头的焊缝横截面呈典型的“Y”形;焊缝金属主要由柱状树枝晶组成;焊缝组织主要由马氏体以及残余奥氏体组成。靠近焊缝的热影响区分为硬化区和软化区,硬化区的硬度约为734HV,软化区的硬度约为456HV,接头的断裂位置为软化区,接头的抗拉强度为1269MPa,约为母材强度的65%。

基于数值模拟的飞机超高强度钢前起外筒模锻件制造

通过物理边界测定试验,确定了300M钢材料的热辐射系数、与模具的热交换系数和摩擦因数;在同一规格棒材上切取试样,完成了热模拟压缩试验,获得了300M超高强度钢的应力-应变曲线;将物理边界参数和应力-应变曲线导入到有限元模拟软件中,建立了与实际生产工况高度吻合的数值模拟仿真空间。通过全流程的数值模拟技术对坯料成形过程和模锻成形过程进行不断地迭代优化,精准预测了前起外筒模锻件的成形过程,锻件料工比控制在1.2以内,控制了材料消耗,制定出3火次制坯和2火次模锻的短流程工艺方案。锻件一次试制成功,实现了飞机前起外筒模锻件的短流程的稳定制造,获得了外形尺寸合格、组织性能优良的高品质产品。

无氰镀镉-钛工艺标准分析及应用

为了适应某工程起落架300M钢零件的加工要求,分析了国内航标、某所所标和型号标准3项无氰镀镉-钛工艺标准的异同和低脆性原理,参照3项标准自行制定了无氰镀镉-钛工艺流程。生产结果表明:根据实际情况灵活采用相应的标准值,可以很好地满足生产要求。