TC4钛合金多层激光熔覆工艺研究

为探究TC4(Ti-6Al-4V)钛合金多层激光熔覆实验的最佳的工艺参数组合,采用IPG光纤激光器和侧向送粉系统,在TC4板材表面进行激光多层熔覆实验,熔覆粉末选择Ni60A自熔性合金粉末。实验结果显示,熔覆层各层选择的扫描速度偏低时,随着层数的增加,熔覆层表面出现过烧现象;每层之间要不断调整激光功率和扫描速度,才能得到完好的多层堆积层,且熔覆层和基体形成了良好的冶金结合。随着层数的增加,已完成的熔覆层由于受到激光热量的回火处理,表面硬度会有一定程度的降低。越靠近基体的熔覆层硬度越小,最顶部的熔覆层硬度最高。     

TC4钛合金热变形行为研究

为了研究TC4钛合金丝材的拔制过程,对TC4合金进行了高温拉伸变形实验。研究了应变速率0. 1 s~(-1)时,不同温度(800℃、840℃、880℃、920℃和960℃),以及温度为920℃时,不同应变速率(0. 01 s~(-1)、0. 1 s~(-1)、1 s~(-1)和10 s~(-1))对TC4钛合金真应力-应变曲线及显微组织的影响。结果表明:当应变速率为0. 1 s~(-1)时,随着实验温度的升高,动态回复和动态再结晶出现,材料的流变应力逐渐降低。其显微组织表明,随着温度升高,α相变得粗大,并由原先的长棒状变为短棒状,β相的含量逐渐增多。当实验温度为920℃时,随着应变速率的增加,加工硬化速率变快,位错增殖,晶粒运动受阻,硬化不能及时消除,畸变能增大,导致峰值应力增大,流变应力峰值升高。其显微组织表明,随着应变速率增加,α相沿拉伸方向变细变长,逐渐趋于同向排列。     

新型TC4钛合金材料热处理工艺研究

钛合金经过热处理后有很高的比强度,随着武器装备的轻量化发展,钛合金的应用越来越多,急需进行钛合金热处理工艺技术研究。试验选择TC4钛合金,通过设计不同尺寸的工艺试件以及不同热处理工艺参数,对工艺试件进行试制。经过热处理试验,对试件热处理后的力学性能进行检测,并对热处理参数与力学性能指标进行分析。结果表明,在固溶温度910～930℃范围内,时效温度500～600℃范围内,温度变化对TC4钛合金力学性能影响较小。结合实际生产状况,优选出合理的新型TC4钛合金材料固溶、时效热处理工艺参数,确定出较优的热处理工艺参数为固溶温度范围910～920℃,时效温度范围520～560℃,掌握了钛合金热处理工艺技术,为武器装备未来发展需求奠定了基础。     

钛合金TC4放电加工电极损耗研究

针对钛合金TC4在火花油中放电加工电极损耗大的问题,以蒸馏水和火花油为工作介质,进行了钛合金TC4的放电加工试验,分析比较了两者的电极绝对损耗量和相对损耗率的差异,并从加工波形和加工后电极的表面微观形貌及主要成分等几个方面研究了电极损耗机制。结果表明:蒸馏水的绝缘性较差,而流动性和冷却性好,消电离较充分,改善了极间状态,加工稳定,使加工效率大大提高;另外加工过程中产生的少量氧化钛和从工件飞溅的蚀除产物附着在电极表面,形成覆盖层,有效抑制了电极损耗。其电极绝对损耗与火花油加工时相差不大但相对损耗却大大降低。     

不同热输入对TC4钛合金激光焊焊缝形貌和性能的影响

采用激光器YLS-10000型光纤激光器进行试验焊接5mm厚的TC_4钛合金,研究不同热输入变化对焊接接头形貌以,微观显微组织、显微硬度的影响。试验结果表明:TC_4钛合金焊缝具有三种截面形貌,分别为漏斗形和酒杯形、双曲线形,在热输入超过72J/mm后,能够将焊缝充分焊透。热输入不一样,焊接组织具有一致性,焊缝组织为针状马氏体α′,没有发现新相,热影响区硬度发生突变具有软化区。原因是冷却期间焊缝区将存在α′,焊缝区α′比热影响区的数量要多,故接头硬度值先降低后升高,不同热输入下焊接接头整体硬度高于母材,随着热输入的增加焊缝的平均硬度增加且软化区向母材移动。     

钛合金TC4超声波振动切削有限元仿真

采用Johnson-Cook材料模型,以任意拉格朗日欧拉网格算法(ALE)实现切屑分离,建立了热应力耦合二维正交振动切削模型,并进行了钛合金TC4超声波振动稳态切削的有限元仿真,得到了振动切屑形状和切削力、切削温度的变化曲线,同时将振动切削与普通切削进行了对比分析,分析结果表明,振动切削中切屑变形系数、切削力、切削温度明显降低,剪切角增大.     

TC4钛合金等离子弧焊接接头组织及性能

采用等离子弧焊接工艺焊接TC4钛合金,通过室温拉伸、显微硬度测试、金相分析及X射线衍射试验,对TC4钛合金等离子弧焊接接头的显微组织和性能进行了研究。实验结果表明:TC4钛合金等离子弧焊接接头焊缝的组织为针状马氏体α'相和残余β相,组织形态为粗大柱状晶,过渡区和近焊缝区中的组织为细小的针状α相和β相、少量的α'相,组织形态为较粗大的等轴晶;接头焊缝熔化区的硬度最高;接头断口的主要微观特征为韧窝,属于延性断裂,但部分区域韧窝很浅,趋向于脆性断裂。     

钛合金TC4的钻削力试验研究

钛合金TCA属于较难加工材料,其小孔钻削尤为困难。为得到钻头直径、钻削参数（进给量、切削速度）和刀具材料对钻削力的影响规律,采用标准高速钢钻头对TCA与45钢进行了钻削对比试验,并用多元线性回归分析模型分别建立了扭矩和轴向力的经验公式。结果表明,TC4的钻削力比45钢大,钻削参数对钻削力的影响规律与45钢基本相同,即钻头直径对扭矩和轴向力影响最大,进给量次之,切削速度的影响最小。     

超声振动车削TC4钛合金的切削性能研究

为了探究超声振动车削过程中切削力和切削温度的变化规律,使用Third Wave Advant Edge切削仿真软件,基于POWER-LOW本构模型和ALE网格划分方法建立TC4钛合金车削加工的有限元模型,获得传统车削与超声振动车削的切削力和最高切削温度变化情况。结合超声振动车削中刀具切削速度和位移变化规律,对传统车削与超声振动车削的切削力和最高切削温度变化规律展开对比分析;探究超声振动车削中的工件进给速度、刀具振频和振幅对切削力的影响规律,实现各加工参数的最优组合,为实际加工提供参考。     

TC4钛合金电塑性车削表面质量试验研究

为提高TC4钛合金车削工件表面质量,提出基于电塑性效应的新型辅助加工方法。通过对比普通车削(CT)与电塑性车削(ET)两种不同加工方法下的切削力和表面粗糙度,验证了电塑性车削的优越性,获得了脉冲电流参数对工件表面粗糙度和切削力的影响规律。与普通车削相比,电塑性辅助车削加工的工件表面质量得到明显改善且切削力显著降低。为了获得较高的表面质量及较小的切削力,钛合金电塑性切削宜选用较高的放电电压及较低的放电频率。     

钛合金TC4退火数值模拟

毛坯残余应力对薄壁件整体加工变形有重要影响。利用大型通用有限元软件ANSYS10.0对钛合金TC4进行退火过程数值模拟研究,通过数值模拟获得了退火过程中温度的变化、残余应力的分布及最终冷却后的残余应力状态。为研究TC4的加工变形规律,提供了具有初始残余应力场的数字化毛坯。     

硬质合金刀具干切削TC4钛合金耐用度的研究

通过对YT15、YG8、YW2这3种牌号的硬质合金刀具干切削TC4钛合金的试验,分析了3种刀具的磨损形貌及特征,并研究了切削速度对刀具耐用度的影响,建立了刀具耐用度T与切削速度v之间的泰勒公式.结果表明,随切削速度增加YT15刀具耐用度降低最快,YG8刀具的耐用度次之,YW2刀具的耐用度降低最慢.     

精密切削钛合金TC4表面残余应力的模拟研究

本文建立钛合金正交切削热一力耦合有限元仿真模型,采用自适应网格(ALE)技术及Johnson-Cook强化模型和剪切失效模型定义切削.通过对TC4切削过程的有限元模拟,分析了刀具刃口半径及材料的变形对已加工表面残余应力分布和表面质量的影响,并提出在切削钛合金时需采用较小的切削深度、较高的刀具锋锐度、较高的切削速度进行切削,以得到较好的表面加工质量.     

TC4钛合金精密焊接工艺研究

针对TC4钛合金,采用电子束焊接和激光束焊接两种方法,对焊深及其波动,焊接质量,焊接变形等方面进行了分析,获得了外观成型良好,色泽正常的焊接接头,经过X射线探伤,焊缝内部质量达到国际GB3233－87Ⅱ级要求,实现了TC4钛合金的精密焊接。     

Prediction of multiaxial fatigue life for notched specimens of titanium alloy TC4

Both the proportional and nonproportional multiaxial fatigue tests were conducted on two kinds of notched specimens of titanium alloy TC4. The multiaxial fatigue critical area of notched specimen is considered as the location experiencing the maximum damage. It is unsatisfactory to predict the multiaxial fatigue life with the local stress and strain in the fatigue critical area. The critical distance concepts are employed in the multiaxial life prediction method for notched specimens. The proposed method was checked by the test data of TC4 notched specimens. The prediction results are almost within a factor of three scatter band of the test results.     

基于干冰低温冷却的大进给铣削TC4钛合金刀具磨损研究

针对TC4钛合金切削加工过程中刀具易磨损、加工效率低等问题,以干冰为冷却媒介对TC4钛合金进行大进给铣削加工,以提高TC4钛合金的切削加工效率,降低刀具磨损。研究了不同冷却方式下的TC4钛合金大进给铣削过程中铣削速度对刀具耐用度的影响规律和干冰低温冷却方式下刀刃形状和刀具材质对刀具耐用度的影响;分析了干冰低温冷却方式下的不同铣刀刀具的磨损特征,明晰了干冰低温冷却大进给铣削TC4钛合金时的刀具磨损机理。研究结果表明,干冰低温冷却可以抑制大进给铣削时的刀具磨损,提高刀具耐用度。此外,圆弧刃三角形刀片比四边形刀片更适合高速大进给铣削。     

超声滚压工艺对TC4钛合金表面残余应力的影响

钛合金关节轴承是航空发动机的重要部件之一,但由于其润滑条件较差,极易产生磨损从而导致失效事故。采用超声滚压工艺对钛合金试件表面进行强化试验,以有效增强试件表面耐磨性能和抗疲劳特性,并着重研究静压力、滚压次数和主轴转速等超声滚压强化工艺参数对钛合金表面残余压应力与剪切应力的影响规律。试验结果与理论分析结果表明,残余压应力随着静压力、滚压次数和主轴转速的提高而增大,剪切应力随着静压力、滚压次数和主轴转速的提高而总体减小;滚压后试件表面可获得-2 000～-500 MPa的残余压应力和-600～-300 MPa的剪切应力。超声滚压技术可以有效提高钛合金材料表面的残余压应力,并有效降低表面的剪切应力。     

Study of high-efficiency electrical discharge machining-induced ablation machining of titanium alloy TC4 using a multi-function electrode

Aimed at overcoming the low efficiency of electrical discharge machining (EDM), and taking advantage of the characteristic that most metals can burn in oxygen, a new high-efficiency process is put forward: EDM-induced ablation machining (EDM-IAM) using multi-function electrode technology. EDM-IAM injects oxygen and dielectric fluid into the processing area through a dedicated channel of a multi-function electrode. The chemical energy caused by the reaction of metal and oxygen can much improve the material removal efficiency. To study the factors affecting the efficiency of the process, the ablation machining of a titanium alloy (TC4) using a multi-function electrode was carried out; analysis of the worked surface was done with scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and discharge waveforms. The results show that the substances of the worked surface are mainly TiO, TiO_1.2, TiO₂, and smaller amounts of Ti₃O and other titanium oxides. Violent oxidation combustion reaction occurs during the ablation machining process. The processing efficiency of ablation machining can reach 347.7 mm³/min, which is 58.7 times that of normal EDM for the same processing conditions. The main reasons for the high material removal rate are the higher utilization rate of electric spark discharge energy, consumption of material by ablation, melting effect of combustion heat on the workpiece material, and forced chip removal effect by local explosion.     

陶瓷刀具车削TC4钛合金磨损特性的研究

为研究陶瓷刀具切削钛合金的磨损机理,采用CC6060陶瓷刀片对TC4钛合金进行了干式车削试验。结果表明:陶瓷刀具干式切削TC4钛合金时,磨损形貌以前刀面月牙洼磨损、后刀面沟槽磨损和刀尖破损为主,磨损机理主要是粘结磨损和氧化磨损。随着切削速度的增加,刀具磨损加剧,刀具寿命降低。CC6060陶瓷刀片干式切削钛合金时的使用寿命很低,不适于干式切削钛合金。