航空航天先进结构材料技术现状及发展趋势

先进材料技术是航空航天高新装备的发展先导,是支撑现代工业的关键基础技术,渗透到国防建设、国民经济和社会生活等方方面面,已成为世界各国争相发展的技术高地和国防重点。本文梳理分析航空航天先进结构材料近年来的技术现状及发展趋势,在高性能高分子材料及其复合材料、高温与特种金属结构材料、轻质高强金属及其复合材料、先进结构陶瓷及其复合材料四方面进行重点阐释,明确我国航空航天结构材料的研发与生产仍面临着跟踪研仿多、自主创新少、技术封锁严重、技术瓶颈亟待突破等困境。同时,本文对航空航天结构材料未来研究和发展提出展望,点明建立“产-学-研-用”完整技术体系的重要性。

航空用纤维增强聚合物基复合材料无损检测技术的应用与展望

近年来,国内航空用纤维增强聚合物基复合材料及制件的无损检测技术获得了较大提高,实现了多种制造工艺、多种复杂结构的可靠检测,同时,除超声、X射线等常规检测方法外,红外热像、激光散斑、空气耦合、超声相控阵等新技术也开始在复合材料检测中应用。今后,航空用复合材料无损检测技术还将结合现代电子信息、计算机等先进技术,向规范化、自动化和多元化方向发展。

随机源对颗粒增强金属基复合材料力学性能影响的多尺度分析及实验验证

20%(体积分数)SiC_(p)/2009Al复合材料的准静态拉伸实验结果表明,其失效应变等力学参数具有明显的分散性。采用多尺度有限元的方法研究了两类随机源对20%SiC_(p)/2009Al宏观力学性能的影响。通过对一系列含随机源的细观多颗粒代表体积单元模型进行准静态拉伸模拟,得到了材料失效应变和断裂能各自的随机分布特征及两者之间的相关性特征,然后结合宏观试样模型,实现了实际材料内不同区域材料性能随机性的表征。研究表明,宏观有限元结果与实验数据的吻合性较好,且由于考虑了随机源的影响,宏观有限元结果还能够很好地模拟失效应变等的分散性特征。

中子衍射在航空发动机材料残余应力分析中的应用

航空领域关键材料及部件在生产、制造、加工、服役、维修及失效的全寿命周期中残余应力检测与评价的需求十分迫切,尤其是叶片、机匣、涡轮盘、轴承及大型结构件等内部三维残余应力的分布。中子衍射技术具有高穿透性、高分辨率和高精度等优点,是准确、无损检测和分析工程材料及部件内部三维应力最有效的方法。本文主要介绍了中子衍射技术测量残余应力的原理及优势,详细阐述了中子衍射技术在加工制造过程(如焊接、增材制造等)、热处理过程(如不同热处理温度和冷却方式)、涂层材料和工程部件(如叶片、涡轮盘等)制备及服役过程残余应力的研究进展和成果,展望了中子衍射技术测量残余应力的发展方向。

连续纤维增强钛基复合材料整体叶环的超声检测试验研究

本文结合连续纤维增强钛基复合材料(TMCs)整体叶环的制备工艺和结构特点,重点分析了TMCs整体叶环内部质量的超声检测难点,并通过对特定尺寸TMCs整体叶环的超声检测试验及解剖对应分析,确定了纤维碎断、纤维束开裂、纤维屈曲、纤维挤出及焊缝处开裂(未焊合)等可能存在的主要缺陷类型及超声回波信号特征。试验结果表明,基于适当的超声检测工艺参数对TMCs整体叶环的内部质量进行检测,检测灵敏度可达Φ0.8 mm当量平底孔。

航空材料组织与残余应力评价对中子散射与同步辐射技术的需求

航空材料是航空装备发展的基础,航空材料及其构件从研发、制造、服役、维修到重大事故(故障)的失效分析等全寿命周期中,检测与表征技术起着关键性作用。本研究以问题与需求为导向,结合具体案例,阐述了航空材料及其构件在新材料研发、构件制造、产品服役与可靠性评估、重大事故(故障)的失效分析中,现有检测手段存在如不能无损地开展构件内部组织结构、残余应力等表征与评价方面的不足,以及航空材料在组织结构、残余应力等表征与评价中对于中子散射和同步辐射大科学装置技术的迫切需求,提出了发展航空中子应力谱仪、加强中子散射与同步辐射技术在航空材料中的技术开发与应用研究等建议。

检验检测行业现状趋势及应对策略

随着科学技术的不断进步,智能自动化技术已经广泛应用于大众生活和企业生产的各个方面,然而与其他行业相比,该技术在我国检验检测行业的应用依然处在较低水平。本文首先对检验检测行业的现状进行分析,然后对该行业的未来发展趋势做简单预判,最后结合智能自动化技术从化学分析视野为我国的检验检测行业提出几点策略。

航空用热收缩防护材料的超声评价

航空用热收缩防护材料是一种新型的功能高分子材料,应用越来越广泛。针对含有自然缺陷的热收缩材料试样,采用超声检测方法开展了该材料中的声速、声衰减测试试验以及典型缺陷的评价试验,并对缺陷区域进行了解剖及金相组织分析。试验结果表明:采用超声方法可对该材料进行检测,但缺陷可检性受材料厚度、形状和声衰减系数等条件制约;不同体系的热收缩防护材料的声衰减程度不同,含氟体系声衰减最大,改性烯烃体系声衰减居中,改性弹性体材料体系声衰减最小;材料中的宏观缺陷和微观孔隙均可通过超声技术得到有效评估。

航空发动机盘件径轴向裂纹底波监控超声检测方法研究

针对某航空发动机盘件中的径轴向裂纹,采用不同焦距的5MHz、10MHz聚焦探头和平探头,分别在0°,1°,2°,3°的声束入射角度下进行检测试验,通过对入射角度以及探头类型、频率、焦距等参数的优化,建立了径轴向裂纹的底波监控超声检测方法。研究发现:与垂直入射相比,小角度纵波斜入射底波监控超声检测方法可提高超声波对裂纹的敏感程度;使用焦距为89mm的10MHz聚焦探头,并使声束以2°入射角斜入射可得到最佳检测效果,试验结果与数值模拟具有良好的一致性。

SiC颗粒增强铝基复合材料缺陷的无损检测

针对粉末冶金工艺生产的挤压态SiC颗粒增强铝基复合材料(SiC_p/Al),对其超声检测检出的典型缺陷开展了X射线照相检测和工业CT检测试验,并进行金相解剖,得到了典型缺陷的无损检测显示特征,对比分析了缺陷实际尺寸与不同无损检测方法定量结果的差异。结果表明,SiC颗粒团聚是SiC_p/Al复合材料中的主要缺陷形式之一,工业CT检测的定量结果更接近缺陷实际尺寸,超声检测定量结果仍存在一定误差。分析结果对于颗粒增强铝基复合材料制件的质量控制具有一定参考意义。

航空材料微观组织数据库平台的设计与实现

微观组织是决定材料性能的关键因素之一。对于材料微观组织和断裂特征的有效收集和利用,可以为材料研制、工艺改进以及失效分析提供有效的技术支持。在对各类典型航空材料微观组织和断裂特征收集整理的基础上,设计和开发了基于客户端/服务器模式的航空材料微观组织数据库系统。系统存储了各种典型航空材料在不同状态下的微观组织和断裂特征。本研究对该系统的结构、功能以及技术特点等方面进行了介绍。

复合材料多轴联动超声C扫描检测技术评述

随着航空、航天装备研制中非规则曲面复合材料制件比重的增加,传统的超声C扫描检测手段已难以满足实际应用需求。多轴联动超声C扫描检测技术为非规则曲面复合材料制件的检测提供了重要技术支撑。本文分析和评述了多轴联动超声C扫描检测的技术原理、典型设备形式和主要功能,分析了存在的问题,并指出发展方向。

DD5单晶合金叶片荧光渗透检测缺陷评价

针对DD5单晶高温合金叶片在渗透检测过程中出现的大面积弥散的点状荧光显示进行了系统的分析,采用微观分析手段确认了叶片荧光显示的性质。并结合人工缺陷试样定量分析实际缺陷尺寸与荧光显示尺寸的相关性。结果表明DD5单晶合金叶片上大面积弥散点状荧光显示主要是由于腐蚀造成的,为单晶高温合金叶片的研制和荧光显示评判提供了参考数据。

浅谈实验室产品质量控制

本文着重阐述了实验室产品质量控制的重要性,结合本单位实际工作详细描述了实验室产品质量控制中的几大工作重点,包括实验室产品质量控制过程中职责的划分、产品要求确定、产品要求评审、任务下达、生产准备、生产实施、产品检验、产品交付、售后服务、顾客沟通、过程监测等方面,明确职责分配,确保产品满足客户要求,增强顾客满意度。

材料检测仪器设备发展研究

从材料检测仪器设备行业和典型应用领域的角度,研究了全球行业的发展趋势,从进出口情况、市场竞争格局以及政策导向等方面分析了国内行业的发展状况;对物理性能、化学分析、无损检测以及力学性能测试等国内典型应用领域的仪器设备现状进行了综合分析。研究表明:我国各应用领域的技术水平与国外存在明显差距,中高端产品主要依赖进口;归纳总结了我国行业发展存在的主要问题为行业环境方面重复建设严重、国际竞争激烈以及成果转化率低,生产厂家方面存在企业规模小、研发投入不足以及人才匮乏,产品方面存在高端依赖进口、中端技术指标落后以及低端价值低;因此,需要从产业政策上积极引导推进,技术难题上组织突破,产业协作上形成平台机制等方面,形成体系化的一揽子解决方案和建立可持续科学发展的长效机制。

航空发动机叶片残余型芯中子照相检测

空心涡轮叶片是航空发动机最重要的热端部件之一,叶片内腔若存在残余型芯将严重影响冷却效果,导致叶片过热而提前失效,对发动机造成致命损伤。常用无损检测方法由于检测范围无法覆盖完整叶片或检测灵敏度不足等原因,无法有效检出叶片内腔残芯。中子照相检测与X射线照相检测原理类似,但衰减特性迥异,使其检测叶片残余型芯成为可能。国外叶片制造企业自1970年代就开始采用中子照相技术检测叶片残芯,并建立企业标准;我国相关研究工作不足10 a,虽然目前已在某些发动机叶片上开展试验性应用,但缺少检测标准和中子源资源不足等问题亟待解决。

SiC颗粒增强铝基复合材料中增强体含量的超声检测

通过理论分析建立了一种基于纵波声速评价SiC颗粒增强铝基(SiC_(p)/Al)复合材料中增强体含量及孔隙率的超声检测模型,随后采用粉末冶金工艺制备了增强体体积分数分别为10%,15%,20%,25%,30%的SiC_(p)/Al复合材料试样,实测纵波声速、增强体含量及孔隙率后建立了三者之间的关系曲线,最后利用实测关系曲线对标称体积分数为20%的SiC_(p)/Al复合材料试样中的增强体含量进行了推算。试验结果表明,实测关系曲线与模型计算得到的理论预测曲线具有良好的一致性,试样增强体含量超声检测的相对误差为5.2%,证明了该方法的可行性。该方法在检测增强体含量的同时考虑了孔隙率的影响,为先进金属基复合材料的无损检测提供了一种新思路。

复合材料孔隙率的超声检测衰减系数影响因素

针对复合材料孔隙率检测需求,研究超声检测参数和被检测材料本身对超声检测衰减系数的影响,间接推断出衰减幅度的影响因素。开展了检测频率、探头类型、检测水距、材料种类对复合材料声波衰减系数的影响试验。结果表明,检测频率越高衰减系数越大,探头声束宽度越大衰减系数越大,不同材料体系的声衰减系数不同。

纤维增强树脂基复合材料国内外超声检测标准

对国内外纤维增强树脂基复合材料超声检测标准进行对比分析,有利于吸收国外标准的优点,弥补国内标准的不足,快速提高国内标准的规范性和先进性。分析的标准包括国内的国军标和航标,国外的ASTM(美国材料与试验协会)标准、美军标、波音标准和空客标准等,分析的内容包含标准适用范围、仪器设备质控要求、对比试块、检测参数和检测结果评定等几方面。通过对比分析可以看到:国内应加快相关的纤维增强树脂基复合材料超声检测标准的更新,积极引进先进检测技术,以适应先进设备的使用需求,同时提高标准的实用性;国内标准增加了对比试块制作、信号评定等方面的内容,从而提高了国内检测标准的先进性、准确性和实用性。

不同系统灵敏度荧光渗透检测的对比分析

使用不同系统灵敏度的荧光渗透液对人工盲孔缺陷试样进行检测,分析验证了在不同系统灵敏度的荧光渗透液下人工盲孔缺陷显示结果的差异。结果表明,采用相同系统灵敏度的荧光渗透液对人工盲孔进行检测时,后乳化型较水洗型灵敏度更高。对于孔洞类缺陷而言,直径和深度的关系是影响渗透检测灵敏度的重要因素。