TC17合金后轴颈锻件工艺优化

目的 解决后轴颈锻件在理化测试中组织不合格的问题。方法 基于Deform软件,建立后轴颈有限元分析模型,通过分析塑性变形,探索组织不合格的原因。通过对坯料结构和模具结构优化,增加坯料终锻变形量。结果 当坯料最终锻造时等效应变小于0.7,β晶界上α相为呈现连续形态;当坯料最终锻造时等效应变大于0.7,β晶界上α相为呈现断开、弯曲形态。结论 变形量是影响β晶界上α相形态的主要因素,优化后的后轴颈锻件,组织及力学性能优异,满足相应的技术标准。     

TC17合金β锻管形件近等温挤压成形工艺研究

目的 研究β锻管形件近等温挤压成形工艺对TC17合金显微组织和力学性能的影响。方法 采用DEFORM–3D软件模拟分析了实心挤压和空心挤压成形TC17合金管形件的变形特征,模拟分析2种挤压方式成形下TC17合金管形件在固溶处理过程中的冷却效果。对空心挤压成形的锻件进行金相组织表征和力学性能测试。结果 模拟结果表明,相较于实心挤压的方式,空心挤压方案整体应变较大、变形均匀、材料利用率高、固溶冷速较快且均匀性较好。试验结果表明,空心挤压成形的锻件质量良好,整体的宏观/微观组织均匀,室温拉伸性能和断裂韧性一致性好,且满足相关指标要求。结论 空心挤压方案满足该管形锻件研制要求,研究结果可以为类似管形件制备提供依据。     

热处理温度对变形后TC17合金微观组织的影响

目的 研究热处理温度对变形后TC17合金微观组织演化和组织形态分布的影响。方法 对变形后网篮组织TC17合金开展热处理试验,定量分析α相球化率、体积分数随热处理温度的变化情况,采用两点相关函数表征不同热处理温度下TC17合金混合组织形态分布。结果 随着热处理温度的升高,变形后TC17合金α相球化率增大,体积分数减小。不同热处理温度下片层α相和等轴α相对应的两点相关函数曲线波动程度不同。结论 变形程度及热处理温度较低时,随着热处理温度的升高,等轴α相的分布均匀程度升高,片层α相的分布均匀程度降低。当变形程度及热处理温度较高时,随着热处理温度的升高,由于α相体积分数的迅速减小,等轴α相的分布均匀程度降低。     

TC17钛合金盘件的低周疲劳行为

研究了p锻TC17钛合金压气机盘件的应变控制低周疲劳性能及疲劳裂纹扩展途径.结果表明,当应变量△ε/2在0.5%～2.0%范围内,应变比R=-1和循环超过10次后,材料基本上表现为轻度的循环软化.疲劳裂纹萌生于试样表面.当疲劳裂纹与片状α或晶界α之间的夹角小于45°,裂纹沿片状α或晶界α的界面扩展;否则,疲劳裂纹将以穿过片状α或晶界α的方式增长.     

基于类等势场的粉末高温合金盘件预成形设计

根据能量最小原理和最小阻力原理,利用塑性变形过程中坯料的流动规律与静电场等势线分布类似这一特性,提出一种能够进行预成形设计的新方法——类等势场法,并采用该方法对粉末高温合金盘件进行预成形设计,从中优选出6组预成形形状,利用MSC/Super Form商用有限元软件对上述预制坯的等温成形过程进行了数值模拟,得到了6组粉末高温合金盘件在预锻到终锻过程中的应力率参数和应变率梯度.通过对盘件轮毂、辐板和轮缘3个部位6个典型单元体应力率参数g的比较与分析,以及整体盘件应变率梯度的比较,并参考预锻变形量和终锻变形量,认为选择3号预锻模为最佳方案.     

发动机用TC17合金喷丸+微弧氧化涂层组织和疲劳性能分析

为了提高发动机用TC17合金表面的疲劳性能,采用喷丸和微弧氧化的方式对其表面进行强化处理。通过X射线衍射仪、透射电镜、显微硬度计、疲劳测试机等研究了不同表面处理后涂层的微观组织、硬度以及疲劳性能。结果表明:经过喷丸后的涂层组织产生大量细小颗粒,使晶粒细化,涂层形成了更宽衍射峰;试样硬度显著增大,并且当深度增大后,硬度逐渐减小,可以获得细晶强化以及加工硬化的效果;试样表面形成大量的疲劳源并逐渐迁移至材料基体中,同时疲劳源的范围不断缩小。经过微弧氧化的涂层上形成大量火山状孔洞,在断口部位产生大量疲劳源,涂层中主要含有TiO₂。经过喷丸+微弧氧化处理可以增加微弧氧化层的厚度,涂层表现出很好的抗疲劳性能,喷丸+微弧氧化试样疲劳源大部分出现在靠近基体表面的区域。     

TC4合金斜I型截面环件轧制工艺研究

目的 提升钛合金异型环轧制时的填充效果,提高成形精度,确定轧制型腔对环件成形质量的影响。方法 以TC4合金斜I型截面环件为研究对象,设计了开式与闭式2种轧制型腔,对该环件的轧制过程进行了研究。建立了斜I型截面环件的有限元模型,基于有限元模拟结果全面分析了不同轧制型腔对环件等效应变、温度分布以及型腔填充效果的影响规律。结果 与开式型腔相比,闭式型腔轧制的环件具有更优的等效应变和温度分布,型腔填充情况也明显更优,填充率在96%以上,进而确定了闭式型腔的轧制方式。采用设计的闭式型腔进行了环件轧制试验,试验环件尺寸与模拟结果吻合良好,误差在0.3%以内,同时组织性能均能够满足生产要求。结论 选择闭式型腔轧制可以有效提升钛合金异型环轧制时的填充效果,提高成形精度,提升环件成形质量。     

基于Kriging代理模型鼓式制动器稳定性的优化设计

针对鼓式制动器出现的制动噪声问题,引入Kriging代理模型,对鼓式制动器稳定性进行优化设计.采用最优拉丁超立方设计(optimal Latin hypercube design,Opt LHD)生成样本点数据,代入鼓式制动器有限元模型进行求解,生成Kriging代理模型和进行代理模型的精度检验.以摩擦衬片、制动鼓和制...     

Ti60/TC17电子束焊接接头的组织及显微硬度

对Ti60/TC17异种材料进行电子束焊接,研究接头成型特点、焊缝组织、热影响区组织及显微硬度。结果表明:Ti60/TC17电子束焊接接头的焊缝组织为对称生长的枝晶状组织;Ti60侧热影响区与焊缝有明显分界,组织为针状α相;TC17侧热影响区为细小的粒状α相。焊缝的显微硬度低于母材的显微硬度。     

热处理制度对航空发动机用TC11合金组织和性能的影响

TC11合金属于一种重要的航空材料,不仅具有耐腐蚀的性能,同时也具有中温性能好及强度高的特点,将TC11合金应用在航空发动机中,以保证航空发动机具有良好的性能,因此,本文则分析热处理制度对航空发动机用TC11合金组织和性能的影响。     

钛合金多向锻造数值模拟

目的研究TC4钛合金在多向锻造过程中的变形行为。方法基于Deform-3D模拟软件平台,对钛合金的多向锻造变形过程进行有限元模拟分析,研究不同工艺参数(锻造温度、锻造速度、锻造工步)下合金最大主应力、等效应变和载荷最大值的变化规律。结果多向锻造的每工步锻造为典型的镦粗过程,坯料中心部位一直受压应力作用,鼓肚处则出现最大拉应力。随着锻造温度的升高和锻造速度的减小,最大压应力和拉应力均减小,多工步锻造之后合金主应力场分布更加均匀。随着锻造工步的增加,坯料等效应变增大且中心大变形区域体积分数增加。最大载荷随锻造温度的升高和锻造速度的降低而减小,相同参数下不同锻造工步的载荷最大值变化不大。结论锻造温度、锻造速度、锻造工步对TC4钛合金多向锻造变形行为有显著的影响,适当选择多向锻造工艺参数,可以降低载荷并获得均匀性较好的坯料。     

镁合金异形件等温精密成形预制坯优化设计

基于有限元理论,对镁合金箱盖预制坯形状进行了多目标优化设计。采用DEFORM3D有限元软件,对镁合金瞄具座箱盖的成形过程进行了数值模拟。模拟结果表明,金属流动相对较均匀,未发现充不满等缺陷。工艺实验表明,数值模拟结果可用于实际生产。     

Experimental Investigation and Numerical Simulation of the Grain Size Evolution during Isothermal Forging of a TC6 Alloy

Hot compression was conducted at a Thermecmaster-Z simulator, at deformation temperatures of 800～1040℃, with strain rates of 0.001～50 s-1 and height reduction of 50%. Grain size of the prior α phase was measured with a Leica LABOR-LUX12MFS/ST microscope to which QUANTIMET 500 software for image analysis for quantitative metallography was linked. According to the present experimental data, a constitutive relationship for a TC6 alloy and a model for grain size of the prior α phase were established based on the Arrhenius' equation and the Yada's equation,respectively. By finite element (FE) simulation, deformation distribution was determined for isothermal forging of a TC6 aerofoil blade at temperatures of 860～940℃ and hammer velocities of 9～3000.0 mm/min. Meanwhile, the grain size of the prior α phase is simulated during isothermal forging of the TC6 aerofoil blade, by combining FE outputs with the present grain size model. The present results illustrate the grain size and its distribution in the prior α phase during the isothermal forging of the TC6 aerofoil blade. The simulated results show that the height reduction, deformation temperature, and hammer velocity have significant effects on distribution of the equivalent strain and the grain size of the prior α phase.     

发动机用TC17合金喷丸+微弧氧化涂层组织和疲劳性分析

通过实验研究了TC17钛合金的喷丸处理效果,利用微弧氧化方法来达到纳米晶过渡层组织结构重构的过程。通过实验测试的方式研究不同工艺涂层微观组织,硬度以及疲劳性能。研究结果表明:形成许多火山型微孔,孔洞尺寸也存在明显差异。对合金实施喷丸处理能够获得厚度更大微弧氧化层,引起了晶粒的明显细化,得到更加致密的组织结构。经过喷丸处理后,硬度为463HV0.1,表现为硬度提高。对不同深度区域的组织硬度进行对比发现,从表面过渡到基体中的范围内硬度呈现不断减小的变化趋势。当试样表面经喷丸处理后疲劳寿命可以达到15361周次,相对处理前的试样疲劳寿命延长了15%左右。对试样表面实施喷丸处理将会导致表面组织中产生众多疲劳源并进一步迁移到基体内,疲劳源范围也持续缩小,涂层表面存在众多微孔。     

轴向打孔装药爆炸切断TC4钛合金板的研究

为了探究爆炸切断TC4钛合金板的最佳方式,设计了轴向单孔和轴向双孔两种装药结构。采用AUTODYN软件进行了数值模拟,并结合试验分别对单孔装药和双孔装药优劣性以及装药孔径对爆炸切断效果的影响进行了对比分析。通过计算装药量及运用Mises屈服准则,判断了两种装药结构下4组试验方案中TC4钛合金板的切断及损伤情况,且结合测点振速与加速度变化情况说明了应力波在板内的传播规律。结果表明:爆炸切断能力会随着装药直径的增大而增强,且钛合金板的损伤也随之增大;相较于单孔装药,双孔装药更适用于爆炸切断TC4钛合金板。     

电弧增材制造TC4钛合金宏观晶粒演化规律

由于电弧增材制造是目前众多增材制造方法中的研究热点之一,且TC4是研究最广泛的钛合金,因此本工作研究了电弧增材制造TC4直壁墙的宏观组织演变。首先通过单道单层实验修正双椭球热源模型的形状参数,应用修正后的模型模拟四组直壁墙成形过程中的温度场及温度变化速率,通过模拟结果分析组织的演变规律。直壁墙底部为等轴晶组织,上部为柱状晶组织。低焊接电流有助于等轴晶的形成,但等轴晶区的尺寸及等轴晶的大小与线能量密度无关。     

某汽车同步器齿环热精锻工艺优化

目的 提高某汽车同步器齿环精锻成形的材料利用率、成形精度及降低成形载荷。方法 构建以飞边体积为优化目标、以坯料尺寸和初始温度为优化变量、以未出现欠填充和折叠缺陷为约束条件的优化模型,并将克里金模型和遗传算法相结合,提出全局优化算法。结果 使用构建的优化模型和优化算法,经过100代优化得到了飞边较小且无欠填充、无折叠缺陷的同步器齿环热精锻工艺参数,并使用实验验证了该优化工艺参数的合理性。优化和验证实验结果表明,坯料内径为62 mm、坯料高度为17 mm、成形温度为700℃时,热精锻成形的齿环没有折叠和欠填充缺陷,且飞边体积减少了大约10%、成形载荷下降了23%。结论 对镍黄铜同步器齿环的优化和实验验证表明,使用克里金模型和遗传算法相结合的策略是解决此类小样本黑盒问题的有效手段。     

NiTi形状记忆合金的性能测试与表征

从NiTi形状记忆合金(Shape Memory Alloy，SMA)性能评价和智能结构研究的角度出发，分析了SMA的应力、应变、温度、电阻以及相变之间的关系。通过分阶段和不同变量组合，对SMA的力学、热学和电学特性进行了实验研究。建立了拉伸状态下形状各异的应力一应变曲线通用物理模型，并进行了数值模拟。结果表明：SMA在马氏体相变，特别是R相变时出现一系列物理、力学性质的异常变化，其本构关系呈现高度非线性；数值模拟结果与实验结果较好地吻合；采用应力、应变、电阻、温度四坐标同步测量是对SMA性能评价的重要方法和有效手段。