银涂层保护技术在航空发动机紧固件中的应用研究进展

在大力发展航空业的新形势下,航空发动机紧固件的咬死失效问题逐渐成为航空领域的关注焦点。但是由于航空紧固件面临应力、高温、微动等苛刻工况,在工作过程中,表面银润滑涂层会出现形变、剥落等失效形式,这是提高航空发动机发展水平必须要解决的难题。系统阐述苛刻工况下航空发动机紧固件中存在的微动磨损、磨粒磨损、氧化磨损、粘着磨损4种主要磨损失效形式,对未涂覆保护涂层的螺栓表面以及对涂覆银润滑涂层的涂层表面产生的影响,对比电镀工艺和磁控溅射工艺制备的高温环境用银涂层在硬度、结合力等方面的不同,简述几种可以提高银涂层润滑能力的复合增强涂层制备技术,综述用于高温环境中紧固件保护的高硬度特性和高温特种氧化替代涂层。总结现用航空发动机失效紧固件上银涂层失效分析和现有研究结论,得出实际使用过程中银涂层软化和银的高扩散率是导致涂层失效的主要原因,对涂层保护技术在航空发动机紧固件中的应用提出建议与展望。主要提出了高温下银涂层失效问题的可能解决方法。

数字化试验检测平台在实验室质量控制中的应用

1引言实验室信息管理系统(LIMS)将信息化技术和实验室质量管理有机结合,以实现检测/校准活动的全面管理,已被应用于材料、医药、科研等行业[1-3]。标准LIMS集合样品管理、人员管理、环境管理、设备管理、文件管理、报告管理、客户管理等要素,是一套完整的实验室综合管理和质量监控体系[4]。随着检测负担的加重和对检测时效性要求的提高,无论是实验室本身还是客户,均对实验室管理工具提出了新要求[5-7],而引用数字化信息技术是实验室质量管理体系运行的优化策略,也是必然趋势。随着市场经济的高速发展,实验室质量管理应转变以往相对落后的人工管理方式,与时代接轨,切实提高其智能性和先进性。

螺纹紧固件拆装过程理论模型边界条件影响研究

对于螺纹紧固件装配与拆卸过程的研究,扭拉关系和螺纹副轴向承载分布是两个重要的指标。二者均基于螺纹几何模型和受力平衡关系,发展出成熟的理论。在调研仿真或试验研究文献后,发现所获二者结果经常与理论解偏差较大,甚至不与理论解进行对比验证。通过改变参数计算后发现,一方面螺母施拧位置将影响螺母支承面接触压力分布,最终影响扭拉关系;另一方面螺母径向约束将影响螺纹副啮合状态,最终螺纹副轴向承载分布。为了节省此类研究在理论验证阶段的成本,本文借助ANSYS建立出两类螺母的精细化螺纹三维有限元模型,通过对比数值结果讨论这两方面的影响规律,给出建模边界条件的建议。

航空高锁紧固件/抽芯铆钉代际研究综述

随着现代航空技术的发展,大量新型材料被用于飞机结构,导致飞机装配工艺发生变革。新型紧固件被广泛应用于飞机制造中,其中最具代表性的就是高锁紧固件和抽芯铆钉的大量使用。本文分析了国外高锁紧固件及抽芯铆钉的代际发展技术路线,总结提炼了国外先进型号需求与技术开发研发模式、迭代逻辑,并对未来国产高锁紧固件及抽芯铆钉发展进行了展望。

钛合金紧固件双剪试验仿真分析

对低间隙TI-6AL-4V ELI六角头钛合金螺栓进行双剪试验,采用有限元仿真方法分析了剪切速率、刃口半径、剪切间隙等因素对螺栓性能的影响机制,以及各因素对螺栓力学性能的影响程度。结果表明:当刃口半径为0.1 mm时,仿真得到的结果与理想条件仿真结果的误差最大;剪切速率对试验结果的影响较小,当剪切速率为366.7 N/s时,螺栓剪切截面吸收的能量较高;剪切间隙对螺栓双剪试验结果的影响最大,随着剪切间隙的增加,仿真得到的结果与理想条件仿真结果之间的误差逐渐增大,说明在进行螺栓双剪试验时,应严格控制剪切间隙,避免剪切间隙对螺栓双剪试验结果产生影响;当刃口半径为0.2 mm、剪切速率为666.7 N/s、剪切间隙为0.002 5 mm时,仿真得到的结果与理想条件仿真结果之间的误差最小。

7075铝合金高锁螺母装配过程失效实验研究

针对高锁螺栓和螺母装配过程中出现的装配失效进行了实验研究。基于高速摄像机的拍摄结果对装配过程中螺母的运动和受力情况进行了分析,并基于断口形貌进一步讨论了螺母失效原因。结果表明,装配过程中螺母发生双向弯曲运动,弯曲应力是导致螺母断裂的主要载荷来源,最大弯曲正应力为594 MPa。螺母断裂模式为弯曲疲劳断裂。

压合衬套冷挤压强化的残余应力的数值模拟

孔用衬套冷挤压强化的残余应力分布对实现优异的挤压效果起到重要的作用,而被挤压件材料和挤压量对挤压残余应力分布的影响显著。根据非线性接触摩擦理论,建立了基于压合衬套冷挤压强化的三维有限元模型,模拟获得了TB6钛合金、7050铝合金及TC4钛合金材料耳片孔强化的切向残余应力分布情况,并通过残余应力检测实验验证了有限元模拟的有效性;同时,研究了挤压量对耳片孔冷挤压强化残余应力状态的影响,揭示了切向残余应力沿着挤入面、中间面、挤出面以及衬套厚度方向的分布规律。研究结果表明:冷挤压孔强化后的残余应力在沿孔壁厚度方向上分布不均匀,切向残余压应力在中间面的分布区域最广;增大挤压量可以在一定程度上扩大压应力的分布范围,且能够提高区域压应力数值,但是也会引入部分拉应力,易产生褶皱现象;在相同的挤压条件下,TB6钛合金耳片冷挤压后所产生的切向残余压应力在应力数值和分布区域上都具有明显的优势。

喷涂角度对螺栓表面涂层厚度均匀性的影响

针对工程中采用铝涂料涂覆螺栓时螺栓表面铝涂层易出现的厚度不均匀问题,研究喷涂角度对螺栓表面涂层均匀性的影响规律。对喷涂系统的喷嘴和螺栓进行建模,通过计算流体动力学仿真软件Fluent建立了雾化流场的气液两相流物理模型,使用离散相模型(discrete phase model, DPM)分析了流场中气相和液相的相互作用,获得了在不同角度下的喷涂流场,预测了螺栓表面液膜沉积厚度。搭建了喷涂试验系统并与模拟结果进行了验证,模拟和试验研究均表明在喷涂角度为30°时螺栓表面涂层均匀性最佳。

CFRP/合金构件抽芯铆接成型机制及钉套变形区参数优化

结合仿真及试验的方法,针对机械锁紧鼓包型抽芯铆钉的钉套变形区中高温区域的屈服强度和长度等参数对连接强度的影响规律进行研究。通过建立有限元仿真模型及试验验证,预测钉套变形区的鼓包成型形状与复合材料铆接结构的失效形式,并对铆接结构的承载性能变化规律进行分析。此外通过建立BP神经网络模型,得到了铆接结构最佳的钉套变形区中高温区域的屈服强度和长度等参数。结果表明:随着钉套构件高温区材料屈服强度的增加和长度的减少,铆接结构件鼓包成型装配力逐渐提升,同时铆接结构也出现承载力峰值,这主要与拉伸过程中鼓包成型区域的变形和复合材料的损伤有关。

基于ABAQUS二次开发的钛合金自锁螺母收口过程研究

为探究钛合金自锁螺母收口工艺参数对收口区域成型规律的影响,基于ABAQUS建立钛合金TC4自锁螺母收口成型过程的有限元仿真模型,对ABAQUS进行二次开发以实现前处理过程的参数化,建立GUI界面从而有效减少收口过程有限元仿真模型建立所需的时间与精力,提高有限元仿真效率。仿真研究结果表明:增大收口量与收口点高度能够显著提高自锁螺母变形程度,从而提升产品的锁紧性能。

《材料成形过程数值模拟》课程的案例型教学实践与持续改进

结合工程教育专业认证的持续改进要求,针对《材料成形过程数值模拟》课程理论性强、内容范围广、实践操作要求高的特点,推行案例型教学改革,通过导入企业工程案例、学校科研项目不断优化教学内容,通过引入企业工程师参与课程评价、反馈,不断完善评价方法。同时,与企业联合推进校企协同育人,将螺钉紧固件的热镦、热处理工艺等工程实际需求融入课程建设,促使教学内容更贴近材料成形“高精尖”制造业发展前沿,提高了工科专业仿真类课程培养学生解决复杂工程问题的能力。

基于仿真的TC4钛合金自锁螺母三点收口模具结构研究

针对K12规格TC4钛合金自锁螺母,建立三点收口过程有限元仿真模型,对4种收口模具进行仿真分析,优选出收口模具二,分析了其结构端面圆角半径、侧面圆角半径、端面宽度和端面长度对螺母变形区域应力分布及变形状况的影响。结果表明:增大收口模具端面宽度、减小端面圆角半径可以增加螺母变形区域的变形程度;减小收口模具端面长度可以减小收口量波动对螺母变形质量的影响。在正交试验获得的最佳工艺参数下,采用优化后的收口模具二可降低收口量波动,更好地满足自锁螺母性能要求。

0Cr12Mn5Ni4Mo3Al不锈钢自锁螺母的开裂原因

某0Cr12Mn5Ni4Mo3Al不锈钢自锁螺母在服役过程中出现开裂。对开裂螺母进行了宏观和微观断口形貌观察、表面能谱分析、显微组织及力学性能分析与测试等。结果表明:该螺母开裂原因为应力腐蚀开裂(SCC)。裂纹起源于法兰面与螺母体交接处,螺母体与法兰面呈直角此处易积液,螺母表面处理方式为钝化和涂MoS_(2),其耐蚀能较差。在腐蚀性潮湿大气环境中,干湿交替作用下螺母产生局部腐蚀点,在腐蚀点处萌生裂纹,裂纹在螺母圆周切向拉应力作用下扩展直至螺母开裂。

复合材料过盈铆接结构吸湿老化行为研究

碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymers,CFRP)中碳纤维与基体的性能差异较大,并且树脂基体对湿度敏感,在潮湿环境中服役的复合材料铆接结构的力学性能与实验室环境状态下时存在较大差异。本文中设计了吸湿老化试验,使用詹茂盛模型对试验数据进行拟合,获得了CFRP吸湿老化状态下力学性能的变化规律,同时还研究了老化后材料的失效机理。基于这个预测模型建立了不同装配条件下复合材料铆接结构的吸湿老化有限元仿真模型,并通过试验验证模型的准确性。通过有限元仿真和试验结合的手段探究了吸湿老化和装配方式对复合材料以及整个连接结构承载性能和失效机理的影响规律。

航空航天高精密法兰盘的加工

介绍一种高精密法兰盘加工方法。着重分析零件的材料特性和结构特征,以及加工过程中的影响因素。通过工艺过程优化、切削参数变更、装夹方式改进和残余应力去除等措施,运用不同的方法对加工过程中的切削量和切削力进行控制,同时采用机床调整和消除振动等手段,满足了法兰盘零件自身的精度要求和装配性能,实现组件产品应有的功能。

镀/涂层对紧固件剪切强度影响试验研究

紧固件在表面电镀/涂覆处理后出现剪切力值降低现象,甚至试验结果不合格,导致产品批次稳定性差、造成生产成本增加。现以钛合金和合金钢两类材料的紧固件为研究对象,分析镀/涂层厚度、镀层种类和硬度及电镀过程是否渗氢对紧固件剪切强度的影响。结果表明:电镀锌对剪切强度影响较小,电镀后剪切力约下降幅度为0.10%~1.40%;涂覆铝对小规格紧固件剪切强度影响较小,剪切力下降幅度仅为0.10%~2.46%,对大规格紧固件影响较大,剪切力下降幅度达到1.45%~4.47%。此外电镀过程中是否渗氢并不是影响剪切力变化的主要原因;而镀层硬度越大,剪切力值越大。

航空发动机用离子镀银紧固件的耐酸性盐雾性能研究

航空发动机面向海洋环境服役,对配套用紧固件提出了耐酸性盐雾性能要求。本文从真空离子镀银不同打底层工艺及后处理方法,开展了发动机用高温合金紧固件产品的耐酸性盐雾性能研究。结果表明,GH738、GH4169、GH2132紧固件采用预镀镍工艺,涂覆HTAg-2000防变色剂后可以满足192 h酸性盐雾性能要求。采用氯化物镀镍+氨基磺酸盐镀镍的预镀镍工艺对紧固件酸性盐雾性能的改善效果优于氯化物镀镍+化学镀镍工艺。涂覆保护剂能有效提升紧固件的耐酸性盐雾性能,效果优劣排序为:HTAg-2000>BK保护剂>LD-4310保护剂。

CFRP连接孔几何误差对螺栓连接结构拉伸强度的影响规律研究

针对CFRP沉头螺栓连接孔制孔几何误差对连接结构拉伸强度的影响规律开展了相关研究。为了更为准确预测连接结构的应力变化情况,首先基于准静态试验建立了TC4ELI钛合金的本构模型,并基于Hashin失效准则以及界面的双线性本构建立了复合材料模型,在此基础上形成了复合材料沉头螺栓连接结构的有限元模型,并针对3个主要的制孔误差对连接结构力学性能的影响进行了数值模拟以及实验验证。研究结果表明所建立的有限元模型能够较为准确地预测连接结构失效形式以及拉伸强度。其次,相较于沉头角度以及倒角半径误差,沉头深度几何误差对最终连接结构最大应力值的影响最为显著,同时锪窝孔尺寸上下偏差对连接结构拉伸性能的影响具有较为明显的差异性。

小规格C/SiC复合材料紧固件加工及力学性能研究

本文针对小规格(直径规格M3~M6)C/SiC复合材料紧固件,开展了螺纹加工和预制体结构优化研究,表征了紧固件的室温及高温力学性能,针对典型防隔热一体化结构,进行了连接受力仿真和螺钉选型,研究表明:磨削和硬质合金攻丝分别是C/SiC紧固件外螺纹和内螺纹的较优加工方式;螺钉、螺母分别建议选择以Type-3、Type-1为预制体的C/SiC材料加工;经测试,采用Type-3预制体的M6沉头螺钉在室温(25℃)、1100℃和1200℃条件下的抗拉强度分别为250MPa、230MPa和223MPa,抗拉强度随温度升高的衰减较小。

时效工艺对7A75铝合金组织与性能的影响

采用光学显微镜、透射电镜、室温拉伸试验、电导率测试等研究了不同时效工艺对7A75铝合金显微组织、力学性能、电导率和剥落腐蚀性能的影响。结果表明:合金经双级+再时效和非等温时效处理可使电导率由T73的36.9%IACS提高至39.8%IACS和39.4%IACS,试样中心最大剥落腐蚀深度由723μm减小至620μm和555μm。这主要是由于双级+再时效和非等温时效处理的降温过程能促进细小弥散相的析出,使双级+再时效和非等温时效比T73时效具有更高的晶内析出相面积分数,同时晶界相含Cu量提高、尺寸增大且分布更加离散,降低了合金的剥落腐蚀敏感性。