未置氢及置氢TC21钛合金六角头螺栓冷镦成形及其成形后的显微组织与显微维氏硬度

目的解决TC21钛合金六角头螺栓冷镦成形困难的难题。方法利用置氢处理改善TC21钛合金的冷镦成形性能,利用电子万能材料试验机对未置氢和置氢TC21钛合金六角头螺栓进行冷镦成形,利用金相显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜和显微维氏硬度计等设备对未置氢和置氢TC21钛合金冷镦六角头螺栓的显微组织和显微维氏硬度进行分析。结果在冷镦成形过程中,置氢TC21钛合金六角头螺栓未出现缺陷,而未置氢TC21钛合金六角头螺栓则出现了裂纹。未置氢和置氢TC21钛合金冷镦六角头螺栓的头部均呈现出“一字双岔状变形带”,在未置氢TC21钛合金冷镦六角头螺栓头部变形带的分岔处出现了裂纹。与未置氢TC21钛合金冷镦六角头螺栓相比,置氢TC21钛合金冷镦六角头螺栓的显微组织发生了显著变化。在置氢TC21钛合金冷镦六角头螺栓中,α相和β相的光学对比度与未置氢合金的相反,α相含量减少,β相含量增加,β相成为合金的主要相,并发现了较多的位错。置氢TC21钛合金冷镦六角头螺栓各区的显微维氏硬度均低于未置氢TC21钛合金冷镦六角头螺栓各区的显微维氏硬度。结论置氢处理有利于TC21钛合金六角头螺栓的冷镦成形。

根部圆角滚压强化的高精度钛合金螺栓疲劳失效研究

为研究根部圆角滚压强化处理后高精度螺栓的疲劳失效特征,开展根部圆角滚压强化的高精度钛合金螺栓疲劳失效断口的检测与研究。分析螺栓根部圆角滚压强化工艺的特点;对比螺栓滚压表面处理工艺对螺栓疲劳断裂的影响,对高精度螺栓疲劳试验后的外观和断口进行宏观形貌和微观显微特征研究;探讨涂铝钛合金螺栓的裂纹源特征。研究结果表明:根部圆角滚压螺栓的疲劳断裂断口呈现显著的韧性断裂特征;涂铝、喷丸或抛光处理能够增强其断口的等轴韧窝特征,证实了以韧性断裂为主的断裂机理,同时研究发现了铝涂层的界面剥离特征。

钛制螺栓作为法兰连接件时的密封性研究

针对使用钛制螺栓作为压力容器法兰连接件时,在工作载荷下出现密封失效的问题,对钛制螺栓和钢制螺栓的受力和变形进行了对比分析,得出钛制螺栓影响法兰密封的因素。指出按GB/T 150《压力容器》对钛制螺栓进行校核时存在的问题,提出了一种按等效刚度来校核钛制螺栓的计算方法,确保在使用钛制螺栓时实现法兰的可靠密封。

钛合金螺栓连接复合材料海洋环境效应分析

为了研究钛合金螺接复合材料件的热带海洋环境腐蚀/老化效应,设计并制备钛合金螺栓连接复合材料模拟件,依托永兴岛大气试验站,开展钛合金螺栓连接复合材料模拟件海洋大气户外暴露试验,收集了2年的环境腐蚀/老化数据,主要包括宏微观形貌、成分变化及力学性能等。研究结果表明:①钛合金螺栓连接复合材料模拟件在户外暴露6个月后,螺栓和螺母表面涂层均发生明显腐蚀;暴露2年后,螺栓表面离子镀铝层脱落导致其严重变色,螺母表面MoS2涂层发生明显腐蚀,复合材料层合板表面出现明显老化,局部出现纤维剥落;②在力学性能方面,经自然环境暴露2年后,连接件承载能力无明显变化,断裂方式均为螺栓钉头弯曲破坏,连接件韧性出现明显下降,断裂时最大位移较初始状态相比下降约16%。

螺纹滚压对1240MPa级高强钛合金高锁螺栓性能的影响

针对1240MPa级高强钛合金高锁螺栓进行螺纹滚压强化工艺试验研究,结果表明:冷滚压螺纹时,高强钛合金高锁螺栓的螺纹牙顶出现超过0.12mm的折叠,温滚螺纹则没有超标缺陷。1240MPa级高强钛合金高锁螺栓温滚螺纹后的平均抗拉强度比冷滚螺纹的平均抗拉强度低约0.5k N,但高于标准要求20%。冷滚压的螺纹各部位显微硬度稍高于温滚压后的螺纹各部位的显微硬度,冷滚和温滚均使材料得到硬化,适用于高强钛合金高锁螺栓的螺纹滚压工艺为温滚螺纹。

钛合金螺栓与自锁螺母咬死故障原因分析

某型号用TB3钛合金螺栓与TB3钛合金自锁螺母在拆卸过程中发现相互咬死,取故障批螺栓与故障批自锁螺母进行重复装配试验,均发生咬死故障。通过对故障影响因素排查与验证试验,对故障螺栓进行了形貌观察及金相分析,并对比研究了3种不同工艺生产的螺栓。结果表明:螺栓涂覆MoS2之前缺失喷砂处理,使螺栓基体表面MoS2涂层的厚度减小、附着力显著降低,从而严重降低了MoS2涂层的润滑作用,导致螺栓螺齿基体与螺母螺齿基体裸露并发生粘着磨损,致使螺齿发生塑性变形,出现咬死故障。

钛合金螺栓断裂原因分析

某型飞机在完成飞行科目后,在对其进行例行检查时,发现钛合金连接螺栓断裂。通过对螺栓断口宏微观观察、力学性能测试、装配生产流程分析等方法,确定了螺栓断裂性质和原因。结果表明:螺栓断裂性质为疲劳断裂;单耳与螺栓呈一定角度和单耳的孔边没有倒角,加剧了螺栓光杆部位的磨损,破坏了螺栓表面完整性是导致螺栓断裂的原因;通过增加单耳孔边的倒角和增加轴衬套,可解决这一问题。

TC4钛合金螺栓真空渗氮组织及性能

采用真空技术对TC4钛合金螺栓进行表面渗氮。运用金相显微镜、XRD、显微硬度计、磨损试验机及疲劳试验机研究了渗氮层的显微组织和性能。在相同条件下进行磨损及微动疲劳试验。结果表明,钛合金螺栓经820℃真空渗氮10 h后,渗氮层物相主要由Ti N、Ti2Al N和Ti3Al组成,获得了由氮化物层和氮扩散区组成的致密渗氮层。表面硬度为1100~1200 HV,与基体硬度相比,提高了近3倍,硬化层深度达60~70μm。渗氮试样磨损失重为未渗氮试样的1/3,表面磨痕细密,平均微动疲劳寿命提到了20.2%。TC4钛合金螺栓经真空渗氮后,硬度、耐磨性和微动疲劳寿命得到了明显改善。

复合材料-钛合金混合结构多钉连接钉载分布及有限元计算

连接部位通常是复合材料结构强度的薄弱环节,复合材料的多钉连接由于存在钉载分配不均匀性而降低了其连接的强度,因此确定钉载分布规律及其影响因素对提高多钉连接的传载效率具有重要意义。以复合材料-钛合金混合结构为研究对象,分析凸头、沉头两种紧固件连接下复合材料板间共固化、胶接和分离三种装配形式的钉载分配特性以及不同装配形式对钉传载荷的影响;利用应变电测法测量连接区钉孔的应力分布;采用ABAQUS软件建立三维有限元实体模型,对钉群的钉载分配行为进行仿真分析及试验验证。结果表明:除沉头铆钉复合材料板共固化连接件的钉载分配呈加载端至支反端逐渐递减的阶梯状外,其他各形式连接件的钉载分配皆呈两边高、中间低的浴盆状,仅各排钉载所占比例有所区别;复合材料板分离件各排钉载差距最大,胶接件次之,共固化件差距最小。

TC16钛合金螺栓及其连接30CrMnSiA钢板孔的疲劳行为

利用高频疲劳实验机和自制装置进行疲劳试验,研究了TC16钛合金螺栓连接30CrMnSiA高强度钢板结构的疲劳破坏行为,并通过扫描电镜(SEM)和有限元分析法分析了钢板和钛合金紧固件的失效机理。结果表明:30CrMnSiA高强度钢板件用TC16钛合金紧固件连接时在外加拉-拉疲劳载荷下,其疲劳破坏属于微动疲劳,寿命较带自由孔30CrMnSiA钢板件的常规疲劳寿命下降约60%,脱层和磨粒磨损是板孔微动疲劳的主要损伤形式。TC16钛合金紧固件连接30CrMnSiA高强度钢板结构在拉-拉疲劳载荷下,钛合金螺栓由于弯曲疲劳作用发生弯曲疲劳断裂,而非微动疲劳破坏。TC16钛合金螺栓表面进行阳极氧化处理有利于改善30CrMnSiA高强度钢连接板的微动疲劳性能。然而,钛合金螺栓表面进行阳极氧化处理由于韧性降低的缘故,却导致其常规弯曲疲劳抗力明显下降。

船用钛、钢法兰连接螺栓的疲劳强度性能分析

[目的]新型舰船与钛合金球鼻艏导流罩一般采用螺栓连接,由于受艏部砰击和波浪载荷等交变载荷的影响,需要对钛、钢连接结构进行疲劳性能分析。[方法]首先,通过有限元法对实船钛、钢连接结构进行受力分析,并对钛、钢法兰连接螺栓的应力进行计算,然后,基于疲劳累积损伤理论和S-N曲线法计算得出钛、钢连接结构的疲劳寿命,同时根据实船钛、钢连接结构的受力分析,制定与之对应的疲劳试验方案,进行钛、钢连接结构的疲劳试验。[结果]结果表明,钛、钢连接接口螺栓的疲劳强度理论计算与试验结果基本一致,对钛、钢连接的疲劳性能分析方法合理。[结论]所建立的钛、钢连接接口疲劳性能分析方法可为钛和钢连接的连接型式、螺栓的选型及连接结构优化提供有益的参考和借鉴。

基于拉剪复合载荷下钛合金螺栓力学性能的试验研究

加工了拉伸-剪切复合载荷的测试装置,并开展了钛合金螺栓在纯拉伸、纯剪切、拉伸-剪切耦合等受力状态下的力学试验,分析了拉应力与螺栓轴线角度变化对试验结果的影响及其相应变化的规律。研究结果表明,一是加工的拉伸-剪切复合载荷的测试装置可以准确满足纯拉伸、纯剪切、拉伸-剪切等单一载荷与复合载荷不同受力状态的力学性能测试;二是钛合金螺栓在拉应力和切应力耦合作用下的力学性能指标较纯拉性能明显下降,降幅最高达40%。

航空工业钛合金紧固件失效分析研究进展

分析了航空工业钛合金紧固件的受力条件,综述了国内外学者关于钛合金紧固件失效形式及影响因素的相关研究,详细介绍了氢含量、加工过程、热处理、金属头部流线、装配过程等影响因素,总结出在生产制造过程与装配过程中,进一步提高钛合金紧固件使用性能的工艺手段与措施。

高强度钛合金螺栓断裂失效分析

规格为M4×30 mm高强度钛合金螺栓在正常预紧装配后自行断裂。采用金相检验、扫描电镜断口分析、二次离子质谱分析和螺栓的受力分析等方法对螺栓断裂的原因进行了分析。结果表明,螺栓断裂的性质为低应力脆性断裂,断裂机理为氢致延迟断裂,导致螺栓氢致延迟断裂的原因主要与该批棒材原始氢含量过高有关。

微弧氧化对TC4钛螺栓/45钢连接腐蚀行为的影响

为了解决TC4钛螺栓/45钢偶对因电位差而引发的连接腐蚀问题,在恒流模式下,分别用单极性脉冲和双极性脉冲在TC4钛螺栓表面制备出致密程度不同的陶瓷层,对比研究了微弧氧化对TC4钛螺栓与45钢连接腐蚀行为的影响。通过涡流测厚仪、SEM、XRD和电化学阻抗测试表征了陶瓷层的厚度、微结构、相组成和阻抗值,采用盐雾试验研究了不同连接偶中45钢的腐蚀程度。结果表明:双极性脉冲模式提高了陶瓷层的致密性和绝缘强度,双极性脉冲陶瓷层的阻抗值比单极性脉冲陶瓷层提高了4.15倍,比TC4基体试样提高了19.78倍,而其相组成与单极性脉冲陶瓷层相比未发生改变。微弧氧化处理延长了钛螺栓/45钢连接偶的连接腐蚀寿命,经盐雾腐蚀1 000 h后,与双极性脉冲钛螺栓偶合的45钢表面几乎无腐蚀痕迹,抗连接腐蚀性能最佳。

钛合金高锁螺栓断裂原因分析

某飞机用钛合金高锁螺栓在装配过程中发生断裂。通过宏观分析、微观分析、金相检验、力学性能复查和装配现场调查等方法对螺栓的断裂原因进行了分析。结果表明:该钛合金高锁螺栓为单边弯曲应力造成的过载断裂,与螺栓制造质量无关。螺栓装配区域操作空间狭小,安装时扳手的转动平面易发生倾转,从而在螺栓上形成弯曲应力,建议改进装配工具。

钛合金螺栓加工工艺改进

针对钛合金螺栓加工过程中存在的折断丝锥、排屑困难、内螺纹深度一致性差、工序内容分散、生产周期长等问题,提出了加大固化螺纹工艺底孔尺寸、优化改进丝锥结构、调整内螺纹加工方式、调整热处理传统工艺、优化流程内容等多个方面的优化改进。实践表明,改进后的工艺,提高了产品质量稳定性和生产效率,缩短了加工周期,具有良好的经济性。

TC4钛合金螺栓典型加工缺陷分析及预防

TC4是使用最多的钛合金牌号,在航空航天紧固件领域,可替代相同强度等级的合金结构钢及不锈钢,在减重方面具有巨大的优势。针对TC4螺栓在镦制、热处理及滚丝过程中易产生的典型缺陷如过热、折叠、绝热剪切带及微观剪切带状组织等,本文描述了缺陷特征,分析了缺陷产生的原因,并提出了预防措施,为TC4钛合金螺栓工艺制定和优化提供参考。

钛合金螺栓脉冲涂覆MoS_2膜磨擦学试验研究

目前,钛合金螺栓在航天、航空领域已被广泛应用,但因其材料比较粘,安装时易出现内外螺纹咬死现象,不利于反复拆卸。针对此问题,本文对钛合金螺栓脉冲涂覆MoS2膜进行了磨擦学试验研究,其中包括动磨擦系数试验和耐磨性试验,通过对试验数据曲线进行综合性分析研究,得出了该膜层具有润滑效果,且能够达到安装时内外螺纹防咬死的目的和具有反复拆卸的能力的结论。

钛铝异质材料插销增强搅拌摩擦点焊接头组织与力学性能

目的开发一种无针搅拌头,以解决传统搅拌摩擦焊产生的匙孔和Hook缺陷问题。方法钛板预制通孔,铝板预制盲孔,插销置于孔中,进行搅拌摩擦点焊。采用无针搅拌头对厚度为2mm的TC1钛合金板和厚度为4 mm的2A12铝合金板(钛上铝下)进行了异种金属搭接搅拌摩擦点焊试验,试验采用旋转速度为950 r/min,焊接时间为100 s,下压量为0.2 mm的工艺参数,对焊接接头的抗拉剪力及接头组织进行评估。结果添加插销获得的焊接接头,钛、铝板与销之间实现固相连接,有效解决了有针搅拌摩擦焊产生的匙孔和Hook缺陷问题,且接头的抗拉剪力达到了6.42 kN。结论提出的插销增强搅拌摩擦点焊的新方法,采用的搅拌头具有较低的制造成本,工艺简单,提高了焊接效率,同时确保了焊接接头的质量。