钛合金加工工艺技术研究

钛合金材具有高强度、高硬度和低密度材料特性,如钛合金Ti-6Al-4V(简称Ti-6-4)抗拉强度达900MPa,硬度为250~375HB,密度4.42g/cm3,使得钛合金材整体结构件除在现代军用飞机上得到广泛应用外,在现代航空发动机零件和大型客机上多数采用钛合金材料。     

皮秒激光对医用钛合金植入物表面微加工及生物相容性的研究

钛合金具有优良的综合性能,作为医用金属植入材料广泛应用于临床医学,而在钛合金植入物表面进行微造型有助于提高钛合金的生物相容性。采用1064nm波长的皮秒激光在钛合金(Ti-6Al-4V)表面进行微造型实验,并验证微造型的生物相容性。设计正交实验,通过扫描电子显微镜、扫描探针显微镜和共聚焦显微镜分析了样件表面形貌,建立微造型几何尺寸与激光参数的关系,确立了最优工艺参数,完成钛合金微造型样件制备。进行了大鼠骨髓间充质干细胞培养和免疫荧光观察细胞骨架实验。实验表明,微造型对细胞生长起到促进和引导作用。     

红外激光制备钛氧化层的温度场模拟与分析

钛合金表面氧化在提高耐磨、耐蚀、界面相容性等方面具有重要应用。采用高斯分布的面热源，模拟红外激光制备Ti6Al4V钛合金表面氧化层过程中的温度分布及变化。首先，通过对比激光功率为500 W(功率密度为39.8 W/mm²)、扫描速度为15 mm/s时钛合金表面和厚度方向温度分布的模拟与试验结果，验证了有限元模型的有效性。然后，采用该模型研究激光功率、扫描速率、重复扫描间隔等对温度场的影响规律。随着激光功率增加，扫描速率降低，加工过程中的线能量增加，钛合金表面和厚度方向的温度整体增加。当线能量相同情况下，由于能量在钛合金表面的累积，大功率高扫描速度下可以获得更高的表面温度和基本相同的内部温度。随着重复扫描间隔的缩小，表面最高温度逐渐升高。     

电脉冲处理对钛合金超精密切削的影响

钛合金材料由于难加工性限制其在各种工业领域的应用。为了改善钛合金材料Ti6Al4V在超精密切削过程中的加工性能,采用电脉冲处理的方法对钛合金材料进行了处理。电脉冲处理改变了钛合金的微结构和力学性能,经其处理后的钛合金材料弹性模量、硬度及塑性等均有一定程度的降低。对电脉冲处理后的钛合金材料进行超精密切削实验,结果表明电脉冲处理能够降低钛合金超精密切削过程中的切削力,同时还可以提高钛合金材料在超精密切削后的表面质量。研究结果证明了电脉冲处理可以作为一种有效改善钛合金加工性能的处理方法。     

TC4激光立体成形显微组织对超声参量的影响

以TC4钛合金激光立体成形件及锻件为研究对象,采用不同热处理制度对TC4钛合金激光立体成形件进行处理得到不同的热处理组织,并采用超声波无损检测方式获得超声波纵波声速和衰减系数,明晰超声参量和显微组织的相互作用机理。结果表明,不同的显微组织具有不同的超声波纵波声速和衰减系数;相比超声波纵波声速而言,衰减系数对TC4钛合金激光立体成形显微组织的变化更为灵敏。     

钛合金叶片的激光沉积修复技术研究

航空发动机钛合金叶片服役损坏后较难修复,采用激光沉积技术对钛合金叶片进行深度修复具有重要意义.试验通过选取合理的激光沉积参数,对修复试样进行力学性能测试.结果表明,修复后的钛合金叶片室温拉伸性能、高周疲劳性能均与同批次锻件水平相当,且修复后叶片变形量为0.13～0.37 mm,满足设计要求.     

β钛合金表面渗氧强化机理研究

本文通过设计一种新型充氧技术,采用显微维氏硬度测试和电子显微技术表征研究了氧原子对β钛合金硬化行为及对应显微组织的影响。结果表明,经充氧处理获得内部具有氧原子梯度分布的β钛合金,靠近表面处固溶的高浓度氧原子诱导α相在β基体析出。不同β钛合金显示出不同的α析出相形貌,其中Ti1300的α相呈板条状,Ti32 Mo中的α相呈片层状。固溶氧原子倾向于在α析出相内偏聚,导致α相具有较高硬度。在梯度分布的固溶氧原子与相结构协同作用下,β钛合金展现出超高硬度和优异的耐磨损性能。充氧技术具有强韧化效果显著、工艺简单、成本低廉、经济环保等优点,是一种提高生物医用钛/锆合金强韧性的新技术。     

BT20钛合金的激光表面重熔

激光表面重熔对提高钛合金表面的耐蚀性具有显著的效果.采用脉冲Nd-YAG激光器对BT20钛合金进行了重熔.表面显微结构、硬度分布和在3wt% NaCl与1M HCl溶液中的耐蚀性进行了研究.激光重熔处理后耐蚀性得到显著的提高.耐蚀性的提高归因于快速凝固造成的组织变化.     

钛合金粗糙表面的偏振光及变温BRDF特性

基于红外光谱椭偏仪测得钛合金TC4在298~773 K范围的光学常数,结合Monte Carlo射线跟踪法对钛合金随机粗糙表面的双向反射分布函数(BRDF)进行了研究.分析了不同表面粗糙度、入射光偏振态及温度对钛合金表面BRDF分布的影响.结果表明:偏振光入射下钛合金的BRDF分布随入射角度及表面粗糙度的变化趋势与非偏振光相同;入射平面内粗糙钛合金表面的BRDF随光源偏振态变化与光滑平板具有相同趋势;TE波入射时的BRDF反射峰值大于TM波入射;钛合金粗糙表面的BRDF镜反射峰值随温度升高有下降趋势;在所研究的温度范围内(298~773 K),峰值变化在10.2%以内,温度变化对TM波下钛合金BRDF分布特性的影响大于TE波,且在入射角度增大时影响增大.     

增材制造TC4钛合金在激光抛光前后的电化学腐蚀性能

对表面已进行喷砂处理的增材制造TC4钛合金在氩气环境下进行激光抛光实验,通过极化曲线测试研究了抛光前、后钛合金的耐蚀性,并结合表面粗糙度、晶粒尺寸、表面残余应力以及显微组织分析了激光抛光对TC4钛合金耐蚀性的影响。研究结果表明:抛光钛合金的自腐蚀电位与自腐蚀电流密度均大于未抛光钛合金,说明抛光钛合金相比于原始钛合金的被腐蚀倾向更小,但其一旦受到腐蚀,腐蚀速率会略大于原始钛合金。自腐蚀电位的升高源于钛合金表面粗糙度的降低,自腐蚀电流密度的增大则是因为表面晶粒的细化以及残余拉应力的存在。     

多次激光冲击Ti-6Al-4V钛合金表面纳米化研究

为了研究激光冲击Ti-6Al-4V钛合金下的表面纳米化和微观结构的演变特性,采用短脉冲Nd:YAG激光器对Ti-6Al-4V钛合金表面分别进行了激光冲击实验,得到了不同激光冲击次数下钛合金表面的微观组织和相应表面硬度。随着激光冲击次数增加,晶粒尺寸逐渐减小并形成纳米晶粒;冲击3次以上时,纳米晶数量明显增多、尺寸分布更加均匀,表面出现取向更加随机的等轴纳米晶;冲击5次后,随着冲击次数增加,钛合金表面纳米晶粒尺寸没有出现明显降低的趋势,始终保持50nm~130nm;不同冲击次数下纳米层的深度不会明显增加,纳米层深度约为15μm~20μm;冲击次数5次以上后,钛合金表面硬度趋于稳定,最大值约为525HV~530HV。结果表明,Ti-6Al-4V钛合金表面纳米化程度随着激光冲击次数的增加而提高;在5次激光冲击后钛合金表面的纳米化程度达到渐饱和状态,表面具有分布较好的纳米晶和较高的硬度。这表明多次激光冲击钛合金表面可以实现晶粒从微米级向纳米级转化。     

钛合金钻削与攻丝的工艺分析及研究

本文主要叙述了钛合金的性能特点 ,同时分析了影响钛合金钻削和攻丝加工的主要因素 ,并提出改进钛合金钻削和攻丝加工的工艺参数和相应措施     

钛炉胆穿孔腐蚀现象研究

钛合金具有优越的抗腐蚀性能,被广泛地用作波峰焊机的炉胆材质。但是在使用有铅钎料进行波峰焊接时,常出现穿孔现象。通过采用DES、XRD和SEM等分析手段对其进行了深入地分析,研究了在有铅钎料的使用过程中钛合金的腐蚀机理。     

钛合金及其激光加工技术的应用

轻量化是产品设计制造水平的评价标志,是运载工具达到节能减排目标的重要方法,选用轻质材料是实现轻量化的便捷途径。钛合金作为轻质金属材料的典范,在航空航天、汽车以及船舰等领域得到了广泛应用。针对钛合金的加工方法,尤其在激光加工技术领域中的应用展开论述,尤其是钛合金材料在海陆空领域中的应用和研究现状,激光焊接、激光表面处理、激光切割等加工钛合金材料的应用和研究成果,并对应用中发现的问题提供了对策。     

钛合金二维扫描激光超声检测方法研究

钛合金材料缺陷危害性大,须进行健康状况监测。激光超声检测技术具有非接触、快速、高效等优点,可以满足钛合金结构的实时健康监测。该文研究了激光热弹激发超声应力的机理,在分析一维扫描激光超声检测效率的基础上,构建了非接触式二维扫描激光超声检测系统,用于钛合金结构健康状况的实时在线检测。实验结果表明,激光超声检测技术能有效用于钛合金结构健康检测;该系统可同时实现两个方向检测,相同条件下,检测效率较一维扫描提高约50%;实验装置简单,易于实现完全非接触式检测,可满足钛合金结构在工程实践中的实时在线检测,且可进行缺陷的定位检测。     

退火温度及保温时间对激光沉积制造TA15钛合金微观组织和显微硬度的影响

以TA15钛合金球状粉末为原料,TA15钛合金锻件为基材,利用激光沉积制造技术成形TA15钛合金厚壁件。利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）以及显微硬度仪等方法研究退火温度及保温时间对激光沉积TA15钛合金显微组织和显微硬度的影响。结果表明:退火温度相同时,随着退火温度的升高,保温时间越长,相就越能充分生长。退火保温时间越长,相宽度越大。退火温度及退火保温时间影响相体积百分比含量,相百分比含量随退火时间延长而增多。相在不同保温时间下存在不同的生长方向。显微硬度值与相体积百分比含量具有一定关系,相体积百分比含量增多时,显微硬度值变大。     

TC11钛合金零件的激光熔化沉积修复研究

结合飞机起动机钛合金叶轮的修复需要,研究了Ti-6Al-3.5Mo-1.8Zr-0.23Si(TC11)钛合金激光熔化沉积修复工艺及界面的组织与力学性能。结果表明,激光熔化沉积TC11钛合金及界面重熔区具有典型的魏氏组织特征,基体热影响区组织逐渐由魏氏组织向双态组织过渡;激光熔化沉积TC11钛合金的抗拉强度高于界面过渡区及基体,而塑性稍低于基体。通过采用逐点熔化沉积的方法对叶轮受损叶片进行了修复,经加工检验后通过了超转试验考核,实现了装机应用。     

激光冲压TA2板小曲率成形研究

随着现代科学技术的飞速发展,对钛合金板材成形件的需求量日益广泛,由于采用传统的工艺成形钛合金比较困难,因而探索钛合金板材成形的新工艺和新技术具有十分重要的意义。笔者利用激光冲击波技术对钛合金板料进行了成形实验,所采用的激光波长为1.054μm,脉宽约23ns,能量35J左右,有效光斑直径为8mm,脉冲的重复率为0.5Hz。并用ABAQUS软件对激光冲压TA2 板料成形进行了仿真,探讨了激光参数、板料性能、约束边界冲击路径等条件对板料小曲率成形的影响,获得了在激光连续冲击条件下,板料成形深度、成形轮廓与激光参数、约束边界条件和冲击路径之间的变化规律。     

钛合金钻削与攻丝的工艺分析及研究

本文主要叙述了钛合金的性能特点，同时分析了影响钛合金钻削和攻线加工的主要因素，并提出改进钛合金钻削和攻丝加工的工艺参数和相应措施。     

建筑用玻璃与钛合金TC4的激光封接工艺及性能研究

钛合金因具有强度高、质量轻、耐腐蚀性强等优良性能,其与玻璃的连接被广泛应用于新型建筑物屋顶、幕墙、窗户等。以建筑用玻璃和钛合金TC4为实验材料,利用300 W Nd:YAG毫秒级脉冲激光器采用透射焊接方式对两者进行连接。利用万能拉伸试验机测量焊接件拉断力,用扫描电子显微镜观察玻璃断口及焊缝截面形貌。研究了工艺参数(功率、脉宽、频率、离焦量)对焊缝成形、焊接件拉断力及玻璃断口形貌的影响,讨论了激光作用下玻璃与钛合金的连接机理。研究表明,毫秒级脉冲激光可实现玻璃与TC4的可靠封接,封接件拉断力最大可达140.76 N。界面处形成的玻璃钛合金镶嵌结构对两者的连接起主要作用,激光辐照区周边形成的粘附物对连接起辅助作用。