小直径薄壁航空导管双翻边成形端头质量控制

针对小直径薄壁航空导管双翻边成形管件端头实际接触区宽度不均匀的问题,研究了模具参数对成形管件接触区宽度的影响。结果表明:第1道次和第3道次模具参数对结果影响很小,第2道次模具参数影响较大,其中圆角半径和圆角所占夹角有较大影响,半锥角度影响较小,成形管件端头接触区宽度随着第2道次凸模圆角半径的增大明显变宽,随着第2道次圆角所占夹角角度的增大先增宽后变窄,而第2道次半锥角度对接触区宽度影响较小。半锥角度应大于等于圆角所占夹角,基于正交优化方法,得到了最优参数组合为圆角半径R=20 mm,半锥角度为85°,圆角所占夹角为80°,此具有最好的成形效果,成形管件端头接触区宽度得到提升,使管件安装时有较大的密封区域,能有效提升双翻边管端头的密封性能。

工艺参数对铸态7075铝合金管旋压成形强度的影响

工艺参数对铸态7075铝合金管旋压成形强度的影响至关重要。本文以抗拉强度与屈服强度作为成形质量指标,系统地分析了压下量、预热温度、进给比和摩擦条件等工艺参数对铸筒旋压件强度的影响。结果表明:随着压下量的增加,管的抗拉强度与屈服强度增加;随着预热温度的上升或者进给比的增加,管的抗拉强度与屈服强度先增加后减少;随着摩擦系数的增加,管的抗拉强度与屈服强度先增加后减少,但变化不明显。

凸模加载速度对某航空导管双翻边成形不均匀变形的影响

为解决5A02薄壁铝合金导管的不均匀变形影响其成形质量的问题,基于有限元仿真,并结合理论和实验方法,对5A02铝合金管件端头多道次双翻边的不均匀变形进行了深入研究。解决了该成形过程中有限元建模关键技术,建立了导管多道次双翻边成形有限元仿真模型,基于该模型获得了真应力-真应变规律;并提出了不均匀变形度表征方法,研究获得了凸模的加载速度对铝合金管件端头双翻边成形不均匀变形度的影响规律。结果表明,随着凸模加载速度的变大,管件端头第1道次变形的不均匀度先增加后减小,第2道次变形的不均匀度基本保持不变,第3道次变形的管件不均匀度先减小然后增大。较大的变形主要分布在成形区的圆角弯曲部分区域和靠近管件内层外表面的部分区域。

复杂非对称不动环全纤维成形不均匀变形的仿真分析

针对传统复杂非对称7075铝合金不动环模锻件切削加工后易造成抗疲劳性能降低的问题,基于体积不变原理获得了预成形件。然后提出了先预成形再终成形的全纤维成形工艺。采用Deform-3D软件建立了复杂非对称不动环的全纤维预成形三维有限元模型,通过实验验证了所建模型的可靠性。基于所建立的仿真模型对该成形过程中金属流动、温度场、等效应力场和等效应变场等进行了分析,获得了加载载荷随成形过程变化规律,揭示了不均匀变形的产生、发展和演变规律。结果表明:随着成形温度的升高,成形载荷逐渐下降,但400~440℃时变化趋势放缓且载荷值较为接近;等效应力逐渐下降,即变形抗力随着温度升高逐渐下降。

选区激光熔化24CrNiMo高强钢介观尺度数值模拟与实验验证

目的建立选区激光熔化(SLM)增材制造24CrNiMo高强钢三维粉床模型,通过介观尺度数值模拟探究工艺参数与熔池冶金缺陷形成和演化的内在关联,结合熔道成形试验验证模拟方法的可靠性。方法采用离散元法与有限体积法构建介观尺度模型模拟激光与粉末的交互作用,通过提取模拟试样特定位置的熔道形貌、熔池尺寸、传热机制等熔池行为的基本特征,将熔池表面形貌和内部缺陷等模拟结果与SLM实验结果进行对比分析。结果保持激光扫描速度、搭接宽度、粉末层厚和扫描角度等工艺参数不变,随着激光功率从430 W增加到520 W,试样的成形质量呈现先上升后下降的趋势。当激光功率较低时,粉末未充分熔化,表面球化效应严重,内部以未熔合缺陷为主。当激光能量过高时,熔池传热传质剧烈,表面粉末飞溅严重,内部易产生匙孔缺陷。当激光功率为490 W时,可获得表面成形质量高、内部缺陷少的高强钢试样。结论数值模拟结果与SLM试验现象保持一致,建立的介观尺度数值模拟方法可为SLM成形高强钢工艺参数优化和成形质量调控提供理论指导。

金属/CFRP异种材料连接技术的研究进展及界面结合机理分析

碳纤维复合材料(CFRP)具有质轻高强、高模量和低膨胀优势,在“陆海空天”等领域应用潜力和需求极大.其中热塑性碳纤维复合材料(CFRTP)近年来快速发展,CFRP和CFRTP与金属结构件的连接技术受到国内外学者和工业界的广泛关注.文中综述了金属材料与CFRP连接的主要技术及界面的结合机理;对比分析了不同连接工艺的成形原理,总结了金属与CFRP连接界面的不同作用效果;结合发展现状及未来工程应用需求,对金属/CFRP高质量连接技术瓶颈的突破方向进行了展望.创新点:(1)综述分析了不同连接技术对金属/CFRP结合强度的影响.(2)在不同连接技术基础上系统归纳了金属/CFRP界面的结合机理.(3)展望了金属/CFRP高质量连接技术在工程应用上的突破方向.

超薄壁波形环橡皮成形回弹仿真分析

为了调控波形环橡皮成形回弹量,基于ABAQUS/Explicit平台,建立了AM350超薄壁波形环橡皮成形和卸载回弹有限元仿真模型,并通过实验验证了模型的可靠性。采用所建立的有限元模型,研究获得了不锈钢薄壁波形环橡皮成形回弹行为。结果表明:卸载回弹后应力减小且分布更为均匀;回弹使波形环外环减薄,内环增厚;波形环径向圆弧处回弹显著,大圆弧半径处回弹量较大;当橡皮压力较小时,随着压力增加,波形环回弹量明显减小;当压力大于2000 kN时,回弹随橡皮压力的增大变化不大;基于上述结果,提出了回弹的补偿方法,实现了双相不锈钢超薄壁波形环橡皮成形回弹的精确控制。

波形环橡皮成形不均匀变形仿真分析

采用仿真与实验相结合的方法,对超薄壁波形环橡皮成形不均匀变形进行分析。解决了该成形过程中有限元建模关键技术,如几何模型的建立、材料模型的建立以及加载边界条件处理等,建立了符合实际又兼顾计算精度的超薄壁波形环橡皮成形有限元仿真模型。基于所建立的仿真模型,分析了该成形过程中的不均匀变形特征。结果表明:随橡皮成形过程的进行,应力和应变先急剧增大,然后平稳缓慢增加,最后基本保持不变;在波形环橡皮成形过程中,应力和应变主要集中在波形的圆弧处,最大值在波谷处;橡皮成形波形环沿环件径向的壁厚增厚率和减薄率小于1%。

镍丝与多股铜线电阻钎焊接头形成机理及微观组织

为实现航空传感元器件引线与多股铜导线优质连接,提升其可靠性及产品安全性。文中采用石墨精密电阻钎焊设备,实现多股铜导线/镍丝良好钎焊连接。通过扫描电镜分析焊接接头横截面微观组织,总结阐述多股铜导线/镍丝钎焊接头形成机理。结果表明:石墨电阻热使铜丝溶解于钎料中形成岛状富Cu相,均匀分布于钎焊区域;受温度梯度及元素浓度梯度影响,铜丝/镍丝表面富Cu相沿径向生长。

选区激光熔化用高强合金钢粉末制备及其成形性研究

目的研究真空感应熔炼气雾化法(VIGA)制备球形24CrNiMoY高强钢粉末并验证其激光3D打印性能。方法阐明不同雾化气压对粉末形貌、流动性等粉体特征的影响,分析选区激光熔化技术快速成形合金钢样品的微观组织和力学性能。结果在9.0 MPa雾化气压下制备的粉末球形度最佳,粉末松装密度达到4.89 g/cm^(3),流动性能为21.4 s/(50 g),粉末含氧量0.023%,空心球率<3%,粉末的微观组织主要是马氏体。经过激光工艺参数调控,SLM成形合金钢试样的激光熔池内存在两个明显不同的微区:激光熔化区(LMZ)和热影响区(HAZ)。LMZ主要是马氏体组织,HAZ主要为下贝氏体组织。合金钢试样的平均显微硬度为(402±5.7)HV0.2,其抗拉强度达到(1246±12)MPa,断后伸长率为(11.6±0.5)%。结论VIGA方法制备的24CrNiMoY高强钢粉末满足SLM技术使用要求,具有良好的激光3D打印成形性。

铂电极引线与异质多股导线的精密连接技术研究

针对航空传感元器件引脚线和不等直径异种材质多股高温导线的连接中存在的焊点直径不可控、镍基引脚线软化导致的焊点强度低、多股导线不能完全连接、工艺不稳定等技术难题,提出采用激光微焊接技术对铂电阻引线(0.2 mm镍丝或0.2 mm银丝)与导线(0.5 mm镍丝或铜镀银多股高温导线)之间的连接问题开展研究,进行一系列工艺实验。结果表明,采用激光微焊接技术能够实现0.2 mm镍丝与0.5 mm镍丝的良好焊接,接头无气孔、裂纹等缺陷,当激光功率百分比为14%、频率为4 Hz、脉冲宽度为3 ms时,焊接接头的拉剪力最高,可达22.75 N(0.2 mm镍丝母材的85.5%);激光焊接输入能量在2.9 J以下时无法形成可靠焊点,当输入能量增加到3.2 J以上时,焊点尺寸明显过大,细丝大量熔化、甚至焊塌,而且软化严重;激光能量波动、焊接装配等都能明显导致软化的波动,造成接头拉剪力的稳定性较差;预涂钎料将多股线钎焊成一股再进行激光微焊接不适合该种零件的焊接,焊接接头质量不易控制,直径超过要求;采用压方机先对多股高温导线压方,再与0.2 mm镍(银)丝进行激光微焊接,焊接接头的拉剪力较低,拉伸接头断裂于焊缝处。通过上述基础研究,探索了激光微焊接方法用于该类产品连接的可行性,获得焊接工艺可行性、焊接接头的性能数据,有望为改进现有工艺方法、提高焊接接头承载能力提供指导和参考。

旋转摩擦挤压加工对不同时效态6061铝合金显微组织和力学性能的影响

采用旋转摩擦挤压(rotational friction extrusion,RFE)工艺对不同时效态6061铝合金进行加工,研究RFE对不同时效态6061铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:RFE能够破碎6061铝合金中的难熔AlFeMnSi相,导致合金中的AlFeMnSi相细小且分布均匀。预析出粗大Mg2Si相在RFE加工过程中摩擦热和变形作用下,回溶后重新析出,致使预析出粗大Mg2Si相对材料动态再结晶中的粒子激发形核(particle stimulated nucleation,PSN)机制无影响,RFE加工后的晶粒尺寸变化较小。RFE使淬火态6061铝合金强度下降,但长时间时效态6061铝合金经RFE加工后强度得到提升。然而,RFE加工的材料内部存在孔洞,合金断后伸长率降低。

基于离散元法的SLM刮刀倾角对粉末铺展行为的影响研究

刮刀倾角对选区激光熔化过程粉末铺展行为有重要影响.基于离散元法建立铺粉数值模型,对不同刮刀倾角的铺粉过程及粉层质量进行模拟研究.针对不同的刮刀倾角,提出一个量化指标对粉层铺展的致密度和均匀性进行综合评估,获得刮刀倾角对粉层质量的影响规律.根据颗粒分布及运动特征将粉堆颗粒体系划分为底层区、斜坡区、刮刀影响区和内部区4个区域.针对各区域进行铺粉过程动力学机理的深入研究,包括颗粒运动轨迹和速度场、刮刀前方剪切带、颗粒间力链分布及演化等.研究发现:刮刀倾角小于0时,颗粒体系难以形成完整的环流运动,剪切带较小,流向沉积层的颗粒较少,颗粒间强力链较少,刮刀间隙前方易形成力拱导致颗粒堵塞,进而形成空斑使得沉积层的致密度和均匀性较低.刮刀倾角大于0时,颗粒体系的环流运动较充分,剪切带较大,流向沉积层的颗粒增多,随倾角增大强力链增多,刮刀压实作用增强,有利于沉积层致密度和均匀性的提高.本研究为优化工艺参数、提高粉层沉积质量提供了理论基础.

第二相增强铁基非晶复合涂层耐磨性能研究

目的改善涂层的耐磨性能。方法挑选球状碳化钨粉末、块状金属钨粉、类球形氧化铝粉末、片状氧化铝粉末、氮化硅晶须、片状硫化钼粉末以及块状氮化钛粉末作为增强相,制备出铁基非晶复合涂层,分析涂层的组织与显微结构,表征非晶相与第二相之间的界面结合,并对不同涂层的耐磨性能进行测试,讨论第二相性质对复合涂层性能产生的影响。结果涂层的摩擦因数主要与表面氧化程度有关,低负载下W、WC以及球状Al_(2)O_(3)颗粒相能够减少涂层表面非晶的晶化,摩擦因数均低于0.3;高负载下非晶涂层的摩擦因数主要受涂层表面硬质相上粉率的影响,提高硬质相的上粉率能有效改善涂层的耐磨性能,上粉率较高的W、球状Al_(2)O_(3)以及WC 3种涂层最终的摩擦因数分别为0.41、0.44以及0.45,其余硬质相占比较低的涂层均在0.48左右。结论涂层磨损主要分为3个阶段:初期的磨合阶段、中期的稳定磨损阶段,以及涂层由于摩擦过程的热量积累出现氧化,当氧化积累到一定程度后就进入后期的剧烈磨损阶段,涂层表面的氧化脱落与新相生成的速度达到平衡,摩擦因数逐渐稳定不再变化。

添加Sb对Sn-9Zn-3Bi/Cu钎料接头显微组织及力学性能的影响

采用钎料合金化研究添加Sb对Sn-9Zn-3Bi无铅焊点组织、熔点特性、润湿性、金属间化合物(IMC)厚度和剪切强度的影响。结果表明:钎料的熔点随Sb含量的增加而略微上升,钎料的铺展面积随Sb含量的增加从50.3 mm^(2)降低至36.6 mm^(2);添加Sb虽然没有改变焊点处钎料基体和界面IMC的显微组织类型,但细化了焊点显微组织,且焊点界面处的IMC厚度从18.6μm降低至16.8μm。随着钎料中Sb含量从0增加到1.5%(质量分数),Sn-9Zn-3Bi/Cu接头剪切强度从22.7 MPa增加到29.8 MPa,剪切强度的提高是显微组织细化、固溶强化及界面处IMC厚度降低共同作用的结果。

银含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点显微组织和力学性能的影响

使用高频感应加热设备研究Ag含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点的显微组织和剪切强度的影响。结果表明,Ag含量的增加使焊点表面更致密光滑,减少焊点内部长条状Cu6Sn5金属间化合物(IMC)的产生,从而提高焊点的抗氧化性。Ag能够加快焊点界面IMC层的生长速度,Cu6Sn5层的生长速度由体扩散和晶界扩散共同决定,Cu3Sn层的生长速度由体扩散和界面反应共同决定。在快速热冲击环境下,焊点的断裂模式从韧性断裂转变为脆性断裂,而高Ag含量使得焊点的断裂模式转变时间更短,降低焊点的抗热疲劳性能。

异种有色金属电磁脉冲焊接研究现状及发展趋势

电磁脉冲焊接技术由电磁脉冲成形技术演化而来,通过电磁力驱动被焊接金属发生高速碰撞,实现碰撞界面的冶金结合进而获得焊接接头,作为一种固相连接技术,尤其适用于性能差异显著的异种材料焊接。随着国内外研究者对电磁脉冲焊接技术的深入研究,发现该技术在铝与镁、铝与铜、铝与钛、铝与镍钛等异种有色金属焊接领域的应用前景日益广阔。然而,目前缺乏对异种有色金属电磁脉冲焊接研究现状及发展趋势的综述研究,未能明确该技术在异种有色金属焊接中存在的问题和发展方向。因此,本文详细探讨了异种有色金属电磁脉冲焊接接头的微观结构特征、元素分布规律及显微组织特性,并阐述了接头形成机理,主要包括碰撞界面结合模型和缺陷形成机制。研究发现,不同异种有色金属组合的焊接界面结构明显不同,电磁脉冲焊接接头的力学性能优化需要通过进一步揭示焊接界面结构的形成机制来实现,电磁脉冲焊接技术难以对电学性能差、厚度大以及强度高的材料进行高质量焊接,需要加强相关辅助焊接技术、辅助装备的研究开发。最后对电磁脉冲焊接技术在异种有色金属的焊接过程中存在的问题及未来发展方向进行了展望,提出了未来该技术的研究发展方向,为电磁脉冲焊接技术的相关研究奠定了基础。

YZrHf热障涂层的制备及热震性能分析

目的研究喷涂态YZrHf热障涂层的微观组织及其抵抗高温热冲击的性能,探讨高温条件下热生长氧化物(TGO)对陶瓷层的影响。方法采用大气等离子喷涂(APS)技术制备厚度约为300μm的YZrHf热障涂层,并将涂层在950℃下保温15min后进行水冷循环热震实验,直至涂层剥落失效,使用SEM、EDS、X射线衍射仪对制备态及热震实验后的热障涂层微观组织进行分析。结果涂层表面粗糙不平且分布有十几到几十微米长度的网状裂纹,这些相互贯通的裂纹为氧气的进入提供了通道。经过101次循环热震实验后,涂层部分区域剥落失效,SEM结果显示,在陶瓷层/黏结层界面处、黏结层内部均出现了热生长氧化物,且在陶瓷层中分布有横向、纵向的贯通性裂纹,而在TGO生长区域,也出现了一些小裂纹,但涂层并未剥落。经测定分析可知,TGO的主要成分为Al_(2)O_(3)、Cr_(2)O_(3)、NiO以及尖晶石氧化物组成的混合物(CSN)。结论热震实验后TGO层中Al元素贫化,Ni、Cr等元素向界面处迁移参与反应,同时尖晶石氧化物以α-Al_(2)O_(3)为基础形成,这些氧化物的存在会产生对陶瓷层的压应力,加速涂层的开裂失效;涂层中掺杂的HfO2能够阻止Al的外扩散,降低氧化层的生长速率。

钛合金搅拌摩擦焊搅拌头磨损机理及其涂层强化

为了提高钛合金搅拌摩擦焊搅拌头的寿命,在搅拌头表面增加涂层,对比研究表面涂层的作用机理。本文选用无涂层搅拌头和带AlCrN涂层搅拌头对TC4钛合金进行搅拌摩擦焊(FSW)试验,通过3D影像仪表征搅拌头的磨损情况,采用扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS)对接头的组织及成分进行分析,研究了AlCrN基涂层对搅拌头的寿命影响规律。试验结果表明,对比无镀层搅拌头,带AlCrN基涂层搅拌头的有效焊接距离由600 mm增加到800 mm,且在焊接800 mm后,仍可获得成形良好,抗拉强度达到母材95.32%的焊接接头。另外,带AlCrN基涂层搅拌头的搅拌针和轴肩磨损率分别减少50.41%和22.41%,AlCrN基涂层可有效提高搅拌头的寿命。对比分析搅拌头的磨损情况发现,无涂层搅拌头的磨损包括磨粒磨损、黏结磨损和氧化磨损,其磨损过程主要包含3个阶段:初始磨损阶段、剧烈磨损阶段和稳定磨损阶段。比较而言,带涂层搅拌头的磨损过程则为“打断”和“撕裂”两个阶段。

微细丝与异种材质多股导线精密电阻钎焊实验装置开发

针对航空传感元器件中铂电阻引线与异种材质多股导线连接的技术需求,研制了一种用于微细丝与异种材质多股导线精密电阻钎焊的装置。该装置结构简单、操作方便、装夹可靠,实现了铂电阻引线和多股导线的良好连接,得到了填充饱满、性能及外观良好的焊接接头,接头性能优于常规电阻钎焊接头,提高了接头质量和焊接效率,满足了开放实验教学的需求。