光整滚光和开缝衬套挤压孔结构 表面完整性及疲劳行为研究

目的 澄清光整滚光和开缝衬套挤压孔结构疲劳行为和强化机制的区别。方法 采用传统钻-铰、光整滚光、开缝衬套挤压等三种不同工艺,制备TA15钛合金含ø8.75中心圆孔疲劳试样,通过恒幅拉-拉对比疲劳试验和疲劳数据统计分析方法,评价不同工艺制备孔结构的抗疲劳性能。采用体式显微镜观察孔端和孔壁形貌,用触针式表面粗糙度轮廓仪测试孔壁表面粗糙度,用X射线衍射应力测定法测定孔端表面残余应力,用透射电子显微镜观察孔壁材料微观结构,用显微硬度计测定孔壁显微硬度点阵等技术和方法,分析了不同工艺制备孔结构表面完整性。通过扫描电子显微镜标定疲劳断口辉纹平均间距与裂纹长度,用数码长焦显微镜标定孔端表面裂纹长度与疲劳循环周次的关系,并定量分析了不同工艺制备的孔结构疲劳裂纹萌生寿命和裂纹扩展速率。结果 光整滚光和挤压强化分别提高连接孔中值疲劳寿命63%和317%。光整滚光可降低孔壁表面粗糙度Ra至0.52 μm,但改变孔壁附近残余应力状态能力有限,且会在孔端形成尖锐的材料凸瘤;挤压强化后,孔壁表面粗糙度Ra为0.73 μm,在孔壁引入4 mm深、峰值达-500 MPa的残余压应力区,并大幅提高孔壁材料位错密度,且孔端无材料凸瘤产生。结论 光整滚光提高孔结构疲劳寿命的主要机制是,通过降低孔壁表面粗糙度延长裂纹萌生寿命。挤压强化主要机制是,通过引入大深度、高幅值的残余压应力和改善材料微观结构延长裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命。因此,挤压强化优于光整滚光技术。考虑到实际机械结构中多为叠层特征孔结构,挤压强化因为不会在孔端遗留材料凸瘤,更有利于保证夹层间隙安装要求。     

激光熔化沉积钛合金-高熵合金梯度材料组织演变研究

目的 研究钛合金-高熵合金梯度材料不同位置沉积层的微观组织形貌及力学性能演变规律。方法 采用激光熔化沉积的工艺制备了钛合金-高熵合金梯度材料,并建立了有限元仿真模型来辅助分析。研究对象为TA15基板上单道多层的梯度沉积层,在设计梯度材料成分时,相邻梯度的材料比例变化量为10%(质量分数),TA15钛合金的质量分数由100%逐渐降低至0%,AlNbTiVZr的质量分数逐渐增大。基于实验对有限元模型进行了一定程度的简化处理,通过热物性参数计算软件和经验公式获取了梯度成分材料的热物性参数,进行了单层单道激光熔化沉积实验以完成热源校核,在与实验相同的工艺参数下计算了温度场并进行了分析。结果 在一层一冷的冷却策略下,多层沉积仍存在一定的热累积现象,沉积15层后,沉积层中部的温度峰值基本保持在2 489 ℃,根据循环曲线,沉积层中部的重熔范围超过1/2。结论 随着高熵合金含量的增加,组织由细小等轴晶、胞状晶和柱状晶转变为多边形晶粒,V、Nb等β稳定元素的增加和Al等α稳定元素的减少抑制了组织中针状α相的形成,V、Nb等元素在晶界产生了明显偏析现象并逐渐增多,抑制了晶粒生长且增强了细晶强化作用,显微硬度随之增大。     

30CrMnSiA钢表面镉镀层化学转化膜的电化学特性

目的 通过研究镉镀层绿色化学转化膜的电化学性能,获得镉镀层最佳绿色化学钝化工艺。方法 采用无氰镀镉工艺,在30CrMnSiA钢表面电镀镉。采用植酸和钼酸钠在镉镀层表面进行绿色钝化处理,构建复合化学转化膜。通过研究钼酸钠浓度、处理时间和植酸浓度对绿色钝化处理镀镉层在质量分数为3.5%的NaCl溶液中电化学性能的影响,获得最佳的镀镉层绿色钝化工艺。结果 在处理时间为10 min、植酸的质量分数为1.0%的条件下,当钼酸钠的质量分数增至3%时,开路电压先从−0.741 9 V增至−0.739 7 V后,再降至−0.761 1 V,电荷转移电阻Rct从2.34 kΩ.cm²增至8.79 kΩ.cm²,腐蚀抑制率从72.9%增至92.8%,自腐蚀电流密度Jcorr从81.47 μA/cm²降至最低值(6.887 2 μA/cm²)。当钼酸钠和植酸的质量分数分别为2.0%和1.0%时,随着处理时间的延长,开路电压从−0.755 9 V增至−0.729 5 V,Rct先增至6.68 kΩ.cm²,然后降至5.28 kΩ.cm²,自腐蚀电流密度从16.26 μA/cm²降至4.527 μA/cm²。当钼酸钠的质量分数为2.0%、处理时间为10 min时,随着植酸浓度的增加,试样的开路电压从−0.739 3 V降至−0.756 1 V,Rct先增至6.68 kΩ.cm²,然后降低,自腐蚀电流密度Jcorr呈现先降至最小值后再增大的趋势。结论 与镉镀层相比,经化学转化膜处理后试样表现为高的开路电压、大的电荷转移电阻和低的自腐蚀电流。得到了耐蚀性好且成本较低的镉镀层表面绿色钝化工艺,钼酸钠和植酸的质量分数分别为2.0%和1.0%,处理时间为10 min。     

超音速火焰喷涂316L不锈钢涂层在零件尺寸修复中的应用

为了解决装备核心零部件因磨损、消除腐蚀等带来的尺寸超差问题,制作超音速火焰喷涂316L不锈钢涂层性能试样,对试样涂层的形貌、硬度、耐蚀性开展试验检测研究。结果表明,涂层具有与25Cr3MoA接近的硬度和比30CrMnSiNi2A更好的耐蚀性能。由此,提出采用超音速火焰喷涂316L不锈钢涂层进行零件尺寸修复,制定了可行的修理方案和技术路线,确定了修理工序和参数,形成了相关技术文件,用于指导零件尺寸修复,并在油泵轴和肩轴两类零件上成功应用和装机验证,其性能良好,质量安全。     

多通管接头磨粒流光整均匀性研究

目的 提升航空油路中多通管接头内壁磨粒流光整加工效果。方法 以三通、四通金属管接头为研究对象,针对零件的材料特性、结构特性设计相关实验,研究多通管接头管道内表面磨粒流光整工艺中加工时间及加工流道对管道内壁粗糙度、材料去除量、表面质量一致性的影响。结果 加工开始时管道表面糙度Ra下降缓慢,在60 s后粗糙度开始加速下降,当加工240 s后零件管道表面粗糙度值下降至150 nm附近,此后不再下降。在加工过程中,具有弹性的磨料先快速去除管道的锈蚀层和毛刺,随后去除材料本身,其作用为精修整管壁表面。零件材料去除速率呈现先快后慢的变化趋势,不同硬度的材料去除速率有明显差异,三通管材料去除率为0.829 2 g/h,四通管材料去除率为0.601 2 g/h。实验通过改变加工流道提升了支路管道加工压力,解决了支路小管径和管道转角加工不均匀的问题。单出口流道加工方式相比多出口流道,其加工后的管接头内壁整体表面质量一致性较好,2种零件在检测的10个样点的粗糙度Ra维持在20 nm附近,偏差下降了50%以上,在相同加工时间内,零件材料去除效率提升了30%以上。结论 通过实验研究确定了三通、四通典型多通金属...     

基于惯性椭圆拟合的小目标姿态测量方法

视觉测量方法在飞行器姿态测量中被广泛应用,然而远距离飞行目标成像纹理缺失会使传统光测手段应用受限。对测量中采用的追踪手段、图像分割技术以及测量方法进行研究,提出一种改进的小目标姿态测量方法。利用高速相机拍摄目标,通过跟踪算法对运动目标进行框选,使用非面积极大区域抑制法分割目标,计算目标图像的惯性椭圆从而实现目标姿态测量。实验结果表明,在仿真情况、低复杂度及高复杂度的真实拍摄场景下,该方法的误差分别低于0.233°、0.307°及0.325°,基本满足导弹等小目标的姿态测量精度需求,测量结果稳定可靠,能够有效降低人工判读的工作量。     

开缝衬套孔挤压残余应力场数值计算研究

本文基于有限元技术模拟了开缝衬套挤压和直接芯棒挤压两种孔挤压工艺,对比研究了两种不同工艺导致的孔壁材料轴向流动和孔壁残余应力场。结果表明：开缝衬套挤压可有效抑制材料向挤出端流动,这在飞机夹层孔结构挤压中可减小夹层间隙尺寸;衬套开缝对应孔壁区域残余应力有突变,但仍然是对抗疲劳有利的压应力,而非拉应力;开缝衬套挤压挤入端孔边是压应力,而直接芯棒挤压是拉应力;相同干涉量条件下两种工艺引入的残余压应力峰值近似,但开缝衬套挤压残余压应力场域较直接芯棒挤压增大了约1 mm.     

高强度本征型自修复聚氨酯材料研究进展

聚氨酯(PU)是一类具有高柔韧性和耐久性的弹性体聚合物，由多元醇与异氰酸酯通过加成聚合反应制备而成，广泛应用于工业、电子产品、建筑、运输和医疗等领域。引入自修复性能可为PU的使用寿命提高和可回收性做出巨大贡献。然而自修复要求聚合物分子链具有较高的运动能力，其引入往往会带来材料机械性能的下降，导致高强度自修复PU制备一直面临挑战。汇总了近年来高强度本征型自修复PU材料研究的思路与成就，总结了由多种相互作用力控制的自修复机制在平衡机械性能和可修复性的重要性。梳理了自修复PU的增强方式，首先是最常用的纳米填料增强，主要包括碳纳米管和石墨烯等碳基填料来提高自修复PU的力学性能;其次是利用特殊的分子设计方式，将富含氢键的基团引入侧链或主链中，通过提高氢键的密度使PU表现出优异的机械性能，实现高机械强度与高自愈合效率的共同突破;最后是控制“微相分离”，通过调节PU中的软基体与硬畴的分离程度，平衡材料的机械性能和自修复能力，获得高强度自修复PU。在此基础上，对目前各类增强方式存在的问题进行了对比和分析，并对高强度本征型自修复PU的发展方向和应用前景做出了展望。     

金相磨抛工艺对碳化钨涂层组织评定的影响

碳化钨涂层内部为复合相组织,硬度高脆性大,金相制备易导致涂层内部出现裂纹、分层、拔出等缺陷。本文利用超音速火焰喷涂制备WC-10Co-4Cr涂层,采用不同的金相研磨和抛光工艺,分别评定WC-10Co-4Cr涂层的组织。结果表明:不同的金相研磨和抛光工艺对WC-10Co-4Cr涂层的孔隙率的评定结果有明显影响。随着磨抛压力的上升,涂层内部孔隙的尺寸明显增大,涂层原有孔隙周边被压裂、脱落,且脱落碳化钨颗粒进一步增强了对涂层表面的磨削效果,使得涂层表面的局部区域出现大范围脱落,从而导致随着研磨压力的上升,涂层的孔隙率升高了12.5%至30%,随着抛光压力的上升,涂层的孔隙率升高了近一倍。因此,为降低磨抛工艺对涂层组织评定的影响,建议使用15N的磨抛压力开展碳化钨涂层的金相制备,以获得更加准确的金相评定结果。