钛合金激光清洗及其对激光焊接气孔的影响

采用砂纸打磨、酸洗、激光清洗等方式对Ti6Al4V钛合金进行焊前清洗。通过扫描电镜、白光干涉仪、能谱仪分析了各种清洗方式下的表面形貌、粗糙度和化学成分，研究了不同清洗方式及参数对清洗效果的影响。在均匀熔透和表面质量良好的同一激光焊接条件下，比较了不同清洗条件对气孔率的影响。合适的激光清洗可有效清除焊接试件表面氧化层，并改善表面粗糙度，得到较低的气孔率，其焊缝可达到中国航天工业行业标准I级焊缝要求。     

内含硬α夹杂钛合金轮盘裂纹扩展研究

为研究钛合金轮盘内部硬α夹杂疲劳裂纹扩展特性，对含预置硬α夹杂钛合金轮盘开展低循环疲劳裂纹扩展试验。结果表明:5229次循环后轮盘破裂；疲劳断口宏观、微观特征显示，预置硬α夹杂为本次疲劳破坏的疲劳源；在裂纹扩展前期，轮盘断口裂纹扩展速率较材料试验数据快；在裂纹扩展中期，断口裂纹扩展速率曲线呈对数线性关系；为了解决疲劳裂纹扩展后期疲劳条带不易识别的问题，使用等效裂纹扩展模型拟合断口裂纹扩展速率曲线，从而可以利用疲劳条带宽度来计算总寿命。同时，利用断口数据，提出和总结了预置硬α夹杂钛合金轮盘裂纹扩展特性仿真研究的方法。仿真研究显示:基于Paris公式建立裂纹扩展模型能较好地预测轮盘裂纹扩展特性；轮盘由于疲劳发生最终断裂破坏时，裂纹前沿的应力强度因子远大于断裂韧性，因此，不宜使用应力强度因子直接作为破裂准则。     

TC4金属纤维多孔材料在硫酸介质中的腐蚀规律研究

研究了钛合金(TC4)金属纤维多孔材料(FTC4)在硫酸介质中的腐蚀行为,使用扫描电镜和能谱分析仪分析了FTC4腐蚀过程中的纤维形貌和成分变化规律。结果表明:FTC4在硫酸质量分数小于4%时表现出耐腐蚀性,硫酸质量分数大于4%时不耐腐蚀,腐蚀速率随着硫酸浓度升高而增大;FTC4在质量分数为50%的硫酸中腐蚀过程根据单位面积失重率可分为4个阶段,分别为开始腐蚀阶段、快速腐蚀阶段、缓慢腐蚀阶段和完全腐蚀阶段;腐蚀活化区表面的形貌变化顺序为点蚀、切削沟槽腐蚀、沟底裂纹、点蚀连通、岛状结构、纤维碎裂;腐蚀活化区的钛、铝和钒3种主要元素均发生了腐蚀反应,且腐蚀量较大,钝化区发生了腐蚀,腐蚀量很小,主要是铝和钒两种元素的腐蚀。     

钛合金表面多磁极耦合旋转磁场光整加工特性

面向激光增材制造钛合金表面的光整加工需求，设计出一种多磁极耦合旋转磁场光整加工装置来研究光整加工特性。基于ANSYS Maxwell仿真软件分析了光整加工装置的磁场强度分布。搭建了实验光整平台，分析了主轴转速、C轴转速和加工间隙对表面质量的影响。结果表明，在主轴转速500 r/min、C轴转速160 r/min和加工间隙0.7 mm的加工条件下，表面粗糙度Ra由5.991 μm下降至0793 μm。扫描电子显微镜(SEM)观测表明，光整后的钛合金表面沉积层消失，表面质量得到显著改善。     

薄壁弱刚性钛合金结构件制造工艺

随着新型材料冶金技术的发展与进步,钛合金作为“崛起的第三代金属”已完全替代了铝镁合金和钢构件,成为航天飞行器上应用范围最广的材料之一。从某新研制航天飞行器外部结构件用钛合金材料的特性及切削特点入手,针对薄壁弱刚性钛合金结构件在实际加工过程中遇到的诸多难点,提出了相应的解决办法,并重新设计了零件工装。结果表明,改进措施不仅保证了零件质量,而且提高了零件加工效率,使单件零件的生产周期缩短了近10h。     

铸态Ti-20Zr-20Al钛合金动态压缩力学性能与断裂机制研究

采用X射线衍射仪、金相显微镜、分离式霍普金森杆和扫描电镜等手段研究了Ti-20Zr-20Al钛合金在动态压缩条件下的微观结构、力学性能和断裂机制。结果表明,Ti-20Zr-20Al铸态合金由Zr基体相和TiAl/Ti₃Al针状相组成; 随着应变率增加,合金的抗压强度增加,失效应变显著增加; Ti-20Zr-20Al合金的断裂机制为解理断裂; 随着应变率增加,试验压缩断裂后碎片总数增大,平均粒径减小。采用DID模型模拟的材料碎片尺度与实验结果比较吻合,Grady模型与实验结果的偏差较大。     

连续驱动摩擦焊制备钛合金管件

采用连续驱动摩擦焊制备了Ti6246钛合金、TA2纯钛管材及TC4钛合金盲孔管，分析了焊接工艺参数对飞边形貌的影响，着重分析了焊接接头在热处理条件下的组织特征与力学性能。研究结果表明，在该研究试验的焊接工艺参数范围内，焊接工艺参数对焊接接头的性能影响很小；Ti6246管材及TA2管材的摩擦焊系数可达0.99；，摩擦焊可以破碎焊合区组织，焊合区组织明显比母材细小；摩擦焊后TC4盲孔管焊合区的组织类型发生改变，从魏氏体组织变为网篮组织，抗拉强度降低60 MPa，但焊接系数仍可达0.94，塑性和韧性优于母材。     

TG6钛合金冷却过程的块状转变机制研究

在近α型TG6钛合金两相区淬火过程中,对初生α相αP周围形成的块状组织αm进行表征研究,块状组织αm与αP存在明显的界面,合金元素Al、Sn和Zr浓度介于αP和β基体之间,EBSD分析结果表明αm取向与αP保持一致。在冷却过程中,αP周围β基体中合金元素扩散受到限制,进而在局部过渡成分区域通过扩散转变形成αm组织。当固溶温度从1040℃提高至1060℃,同时保温时间从30 min减少为5 min,溶质元素扩散受限,αm体积分数从5.2%提升至30.7%。     

液体磁性磨具光整加工TC4钛合金的试验研究

为解决TC4钛合金材料难加工问题,采用液体磁性磨具对TC4钛合金进行了表面加工试验。通过调整工艺参数,采用田口方法对TC4钛合金液体磁性磨具光整加工的工艺参数进行优化。采用单因素试验法,研究磨料类型、磨料粒径、工件转速和电流强度等工艺参数对液体磁性磨具光整加工TC4钛合金材料加工性能的影响,并总结各工艺参数对工件表面粗糙度的影响规律。根据信噪比的望大特性分析得出,在液体磁性磨具光整加工TC4钛合金材料的加工过程中,当使用2 000目的白刚玉,主轴转速为500 r/min,电流强度为1.5 A加工时,工件表面粗糙度相对下降率%ΔRa达到了86.10%。液体磁性磨具光整加工TC4材料表面的最优工艺参数组合为:2 000目的白刚玉,主轴转速为700 r/min,电流强度为2.0 A。同时得出各工艺参数对工件表面粗糙度相对下降率%ΔRa的影响大小依次为:磨料类型磨料粒径工件转速电流强度。当采用2 000目的白刚玉配置的磨料进行加工时,工件的表面粗糙度Ra达到了0.096μm。采用液体磁性磨具光整加工技术可以有效地降低TC4钛合金材料的表面粗糙度和提升其工件表面加工质量,显著改善了传统加工方式中存在的烧蚀和烧伤现象。     

热处理工艺对TC4钛合金冲击磨损性能的影响

研究了退火和固溶时效处理对热轧态TC4钛合金的力学性能和组织的影响,并考察了其冲击磨损性能。结果表明:退火处理后试样组织中转变β相增加,强度、塑性和韧性均较热轧态有所提升;而固溶时效处理后试样组织的晶粒细化且尺寸更为均匀,同时具有最高的强度,而塑性和韧性则较热轧态有所降低。经过10 h的冲击磨损试验后,退火态试样的磨损率最低,而固溶时效态试样的磨损率最高。通过磨损断口观察发现退火态试样表面冲刷犁沟较短,且终点处存在合金的塑性堆积,同时磨损面组织发生塑性变形,晶粒延展拉长。退火态试样较高的塑性和韧性有助于吸收冲击能量,因此表现出较好的耐冲击磨损性能。