硬膜缓蚀剂对钛合金紧固件电偶腐蚀的防护作用研究

目的 研究YTF-3硬膜缓蚀剂对由TC4螺栓、不锈钢螺母、7050铝合金及TC4钛合金夹层板组成的组件电偶腐蚀的影响作用。方法 利用硬膜缓蚀剂对钛合金紧固件和夹层板进行整体腐蚀防护处理,并通过盐雾加速腐蚀试验。将齿轮槽螺栓与无耳托板自锁螺母安装连接后,进行自然环境加速腐蚀试验,腐蚀后对螺栓螺母以及夹层板的腐蚀情况进行拍照检查,采用图像处理方式对腐蚀情况进行评价,并通过室温拉伸试验对钛合金螺栓腐蚀前后的力学性能情况进行对比分析。结果 经过腐蚀试验后,TC4螺栓和铝合金组件刷涂缓蚀剂区域比未刷涂缓蚀剂区域的平均腐蚀面积要小。不锈钢螺母与TC4钛合金组件刷涂缓蚀剂区域出现明显褶皱和破损现象。对比了试验前后钛合金螺栓的最大拉断载荷,发现降幅仅为0.5%。结论 铝合金夹层板会遭受电偶腐蚀,而YTF-3缓蚀剂可以有效隔绝腐蚀介质渗入固定间隙,大幅缓解电偶腐蚀,而钛合金螺栓在加速腐蚀试验中并未发生明显的腐蚀,并且力学性能无明显改变。

氢含量对TC21钛合金六角头螺栓冷镦成形及其显微组织和显微维氏硬度的影响

利用材料试验机对不同氢含量置氢TC21钛合金六角头螺栓进行了冷镦成形,利用金相显微镜和显微维氏硬度计等研究了冷镦六角头螺栓的显微组织和显微维氏硬度。研究发现,当氢含量为0.79wt.%时,仅在六角头螺栓头部的外表面产生裂纹。随着氢含量从0.79wt.%增加至0.91wt.%,六角头螺栓在冷镦成形过程中出现的裂纹逐渐增多。当氢含量为0.79wt.%、0.82wt.%和0.91wt.%时,不同氢含量置氢TC21钛合金冷镦六角头螺栓的显微组织形貌相似。β相的含量较高,α相的含量较少。随着氢含量的增加,β晶界逐渐变得模糊甚至消失,位错数量逐渐减少。随着氢含量的增加,TC21钛合金冷镦六角头螺栓各区的显微维氏硬度均呈逐渐增加的趋势。当氢含量相同时,TC21钛合金冷镦六角头螺栓4个区的显微维氏硬度变化规律相似。

基于不同表面状态下的TC4钛合金螺栓摩擦机理研究

针对钛合金紧固件易发生的黏着和“咬死”等问题,文章研究在TC4表面未处理(LT)、脉冲阳极氧化(PA)、脉冲阳极氧化+涂铝(PA-Al)和脉冲阳极氧化+涂MoS_(2)(PA-MoS_(2))等4种表面状态样品不同测试条件下的摩擦磨损特性,揭示不同表面状态条件对摩擦磨损机理的影响。选用摩擦磨损试验机(UMT-3)开展球–盘摩擦磨损实验,利用SEM-EDS、三维白光干涉形貌仪、光学显微镜仪器等对样品的磨痕形貌进行表征。通过对摩擦系数、磨损率、磨损形貌进行分析研究,探究不同表面状态下钛合金摩擦副的摩擦特性和磨损机理。研究结果表明,应避免TC4和TC4材料直接接触可以有效防止黏着磨损发生,脉冲阳极氧化(PA)样品减摩耐磨性最佳,阳极氧化涂MoS_(2)样品次之。

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。

某高强度合金钢螺栓氢脆断裂失效分析及预防措施

某高强度合金钢螺栓在使用存放期间发生断裂,为找出其断裂原因,根据螺栓生产过程和使用环节开展分析研究。经过分析排查,发生断裂失效的螺栓内部氢含量高于同时段生产的其它螺栓,螺栓断口形貌经过电镜扫描分析在断裂源位置存在沿晶断裂特征形貌,表明该螺栓失效模式为氢脆断裂。进一步研究发现,产生螺栓氢脆的原因为螺栓电镀时使用的电镀槽液镀覆产品过多,槽液中杂质含量偏高,导致渗氢量增加并在螺栓内部积聚,在螺栓装配预紧力形成的持续静载荷作用下,发生延迟断裂。为预防此类螺栓失效的再次发生,针对其原因制定了控制电镀槽液质量和优化螺栓除氢工艺的预防措施。

4种紧固件用涂层性能对比分析

目的 将4种不同涂料涂覆在相同紧固件上,在相同测试条件下研究它们的表面形貌、耐腐蚀、抗疲劳等性能,最后从中筛选出可替代传统HW-A的潜在涂料,进一步丰富现役钛合金紧固件表面涂层材料品种。方法 利用3D共聚焦、电化学阻抗谱、中性盐雾、加速环境谱等方法评价紧固件表面涂层性能,研究每种涂层的截面形貌、表面形貌、粗糙度、抗腐蚀、加速疲劳寿命等,然后综合分析其关键性能。结果 采用3D共聚焦、电化学阻抗谱、中性盐雾、加速谱等方法初步摸清了4种涂料的性能特点,PTFE涂料的表面粗糙度较CZ和GO降低约50%,PTFE电化学阻抗谱半径较其他3种涂层大大提高。加速谱更清晰表明,PTFE涂料比现役HW-A铝涂料的疲劳寿命提高22.8%,PTFE涂料能满足当下性能需要。结论 PTFE涂料较市场上筛选出的石墨烯涂料、含铬酸盐聚氨酯涂料的施工性能更好、关键性能更优、更适合紧固件使用,在未来产品应用中有较大的潜力。

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%。

航空用钛合金研究进展

对航空用钛合金的研究应用情况进行综述。从合金基体相组成角度,将钛合金分为α型钛合金、α+β型钛合金和β型钛合金。着重介绍钛合金在航空发动机、飞机机身、航空紧固件等方面的应用;讨论航空用钛合金研究目前存在的问题,结果表明:提高高温热稳定性、增强蠕变抗力和降低成本是航空用钛合金今后的发展方向。

航空用钛合金紧固件选材分析

分析了三类钛合金紧固件材料的应用概况、材料特性和紧固件制造技术特点。结果表明BT16钛合金制造冷变形强化紧固件的工作量和成本最低;采用热镦和真空固溶时效制造的Ti-6Al-4V紧固件的密度最低,强度和疲劳性能最好;采用β合金制造的螺栓综合水平要比BT16和Ti-6Al-4V紧固件低,但可用其冷镦铆钉在需要的场合使用。

BT16钛合金紧固件加工工艺分析

分析了不同规格俄制BT16钛合金自锁螺母显微组织、流线和显微硬度,并与俄制该合金φ8mm丝材进行对比。研究结果表明:BT16钛合金紧固件显微组织为单相区变形获得的超细片状组织;其组织形态与退火态丝材一致,表明紧固件是在退火状态下直接使用的,未经过固溶时效强化处理;BT16钛合金紧固件采用了冷变形制造工艺。

钛合金紧固件的腐蚀及其防护技术

通过分析钛合金结构件的腐蚀性能及产生腐蚀的几种可能情形,详细探讨了钛合金紧固件腐蚀的原因。着重阐述了钛合金紧固件的腐蚀控制技术和控制思路,提出了钛合金紧固件缝隙腐蚀、电偶腐蚀、氢脆、钛合金紧固件之间及其与偶对金属之间的腐蚀控制方法。对钛合金紧固件常用的防护处理方法进行了较为全面的介绍,并就各种防护处理技术的性能情况进行了对比。

航空航天紧固件用钛合金材料综述

介绍了紧固件用钛合金材料的应用现状、牌号、特点及性能,并指出其未来的发展趋势。对发展钛合金紧固件以及相应的新型钛合金材料研制具有重要的借鉴意义。

钛合金紧固件用铝涂层抗电偶腐蚀行为研究

目的研究铝涂层对钛合金紧固件连接铝构件时抗电偶腐蚀的作用。方法采用电偶腐蚀电流、开路电位、极化曲线、电化学交流阻抗等电化学测试技术,分析评价了钛合金紧固件表面用铝涂层的抗电偶腐蚀性能。结果无涂层TC4钛合金和2024铝合金组成的电偶对存在严重的电偶腐蚀;TC4钛合金表面制备铝涂层后,自腐蚀电位从-267 V升高到213 V,表面电阻从771.6Ω升高到2.59×10~8Ω,与2024铝合金组成电偶对的电偶电流密度从80.51μA/cm^2下降到0.45μA/cm^2,其电偶腐蚀等级为B。结论铝涂层可以有效地防止电偶腐蚀。

钛合金紧固件用铝涂料的性能与应用

采用酚醛树脂、片状铝粉、铬黄、聚四氟乙烯等原料制备了一种专门针对钛合金紧固件用铝涂料,对涂膜厚度、耐腐蚀性能、干涉压入性能等进行了测试。结果表明:涂膜表面平整、光洁、呈金黄色,厚度均一,9～10μm,乙酸盐雾14 d或周期浸泡1 000 h后无明显腐蚀,干涉压入试验中涂层对紧固件保护性良好,未发生剥落及掉漆现象。采用空气喷涂,施工工艺简便易行,能够满足新一代飞机对钛合金紧固件不断发展的要求,已在国内某型飞机钛合金紧固件上应用,使用情况良好。

航空紧固件用钛合金材料发展现状

钛合金紧固件因其密度小、高比强、耐腐蚀等性能广泛应用于航空航天领域。着重对航空紧固件用钛合金材料的发展现状进行综述。结合紧固件用钛合金的发展,介绍了国内外紧固件用钛合金的应用现状,并对比分析了紧固件用钛合金材料的性能特点。同时,结合先进飞机对高性能紧固件的需求,介绍了几种紧固件用高强韧钛合金材料及其紧固件加工工艺。

TC4钛合金两种显微组织的紧固孔原始疲劳质量研究

利用标识载荷试验技术,将具有两种不同显微组织TC4钛合金分别在三种应力水平下进行疲劳试验,在光学显微镜下对疲劳裂纹扩展断口进行观察,获得裂纹扩展过程中不同循环周次下的裂纹长度,以此建立了表征TC4钛合金原始疲劳质量的通用EIFS分布。研究结果显示钛合金双态组织比片层组织具有更好的原始疲劳质量,双态组织具有较高的疲劳裂纹萌生寿命及裂纹扩展系数。此外还分析了双态组织中添加标识载荷的疲劳断口形貌,认为其疲劳断口标识线的形成是由于加入标识载荷后,应力强度因子范围发生变化,导致疲劳裂纹扩展过程中断裂模式发生改变,从而在断口上形成了可判读的标识线。

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。

冷镦紧固件用Ti-3Al-5Mo-4.5V钛合金的微观组织及性能

通过透射电镜、扫描电镜和光学显微镜等手段，研究丝材制备过程中BT16钛合金的组织结构演变。结果表明：BTl6合金退火态丝材具有良好的力学性能，断面收缩率ψ为62％-65％，冷镦变形量达到80％；退火后的合金组织由初生等轴α相、少量短条状α相及晶间β相组成的；固溶时效后合金组织由不规则的等轴状初生α相和析出针状α相的β相组成，其中淬火时效合金中的针状α’相更细小。