钛合金TC4电解加工表面质量的试验研究

钛及其合金在航空和宇航工业中有重要的作用,但在电解加工过程中存在着特殊性.其特殊性体现在:加工表面易形成钝化膜使加工困难以及非加工表面易形成点蚀影响表面质量.对钛合金TC4进行了电解加工试验,对样件进行了分析、比较并研究了影响表面质量的工艺因素.结果表明:采用脉冲电源,选择浓度合适的NaCl电解液和恰当的电参数加工能获得较好的表面质量.     

TC4钛合金异形型腔电解加工实验研究

通过分析钛合金电解加工时金属基体表面点蚀、钝化过程,研究了NaNO_3电解液、NaCl电解液及其混合电解液对TC4钛合金的电化学溶解特性的影响。对比分析不同成分电解液中的工件表面质量和加工效率,最终选用质量分数为10%NaNO_3和20%NaCl的混合电解液进行TC4钛合金异形型腔电解加工工艺实验。结果表明:采用混合电解液可实现TC4钛合金异形型腔的高效加工,稳定加工速度可达2.8 mm/min;当阴极进给速度为2.4 mm/min时,型腔一致性较好。     

工艺参数对TC4钛合金电解加工速率及加工质量的影响

目的 研究工艺参数对TC4钛合金电解加工速率及加工质量的影响。方法 采用三因素三水平的正交试验方法,通过实验研究了频率、占空比及加工间隙对加工速度及加工质量的影响规律,对正交试验结果进行了F检验,对加工参数的显著性进行了分析。采用激光共聚焦显微镜表征工件表面形貌及测量工件表面粗糙度。建立了电解液内流场数值仿真模型,获得了电解加工过程中加工区域电解液流动的规律。结果 本研究中电解加工频率及加工间隙对电解加工材料去除量的影响显著,占空比对材料去除量的影响不显著,在加工间隙为0.2 mm、加工频率为100 Hz的条件下,材料去除量最大,为0.261 g,表面粗糙度最低,为0.484 μm。降低加工间隙或提高加工频率,均有利于提高材料去除量,降低工件表面粗糙度。电解加工区域内的电解液流速分布规律与电解加工区域加工深度具有较好的一致性。结论 电解加工频率及加工间隙对电解加工速率及电解加工质量均有较大的影响,在实际加工过程中,应减小加工间隙,提高加工频率,以提高电解加工速率,降低加工表面粗糙度。加工区域内,电解液流速分布的均匀性对工件加工表面的均一性有一定影响,应合理设计夹具,以提高加工区域内电解液流速均匀性,从而提升加工表面均一性。     

混气电解加工过程的设计方法

混气电解加工具有如下特点;能达到较高的精度。可能获得±(0.1～0.05mm)的加工精度;可以省略压力腔和复杂的电解液供排系统; 电极修正得以简化,一般来说,电极表面均匀去除0.1mm 即可。冲刷间隙的流动条件得以改善。混合物流能防止产生空穴流线。在鉴赏混气电解加工时,也必须指出在大面积加工时存在的一些问题,在筹划加工过程和设计电极结构时必须考虑这些问题。当加工面积大而仍保持小的间隙,则将使流动阻力加大而恶化冲刷条件。在间隙中,电解液通路长度上的巨大差异将导致加工表面上电解液分布不均和性质不同,这会损坏表面质量。为获得合适的加工结果就需要假定以下条件:电解液和气体的混合物具有良好的性质;电解加工机床的机械刚性能保证加工间隙的精度在0.01mm 左右。具有良好的防止短路的系统。     

混气电解加工型腔模及相关技术

详细阐述了混气电解加工的过程以及型腔模制造相关技术,并提出了提高型腔模制造精度的方法。     

氢对TC4钛合金电子束焊接头疲劳断裂特性的影响

采用统计分析的方法研究了固溶氧对TC4钛合金电子束焊接头疲劳寿命的影响,并对接头试样的疲劳断裂位置和疲劳断口形貌进行了观察与分析.结果表明,氢显著降低了TC4钛合金试样的疲劳寿命,氢含量0.028％(质量分数)的钛合金的疲劳寿命仅为未充氢试样的一半,当氢含量增大到0.120％时,疲劳寿命降到了未充氢的五分之一.疲劳试样多数断于接头的热影响区,造成这一结果的主要原因是热影响区的组织不均匀性和氢含量相对较高.断口的形貌特征表明,氢促进了疲劳裂纹的萌生和增加了裂纹扩展的速度,导致钛合金电子束焊接头的疲劳寿命显著降低.     

退火温度对TC4钛合金动态断裂韧性的影响

采用示波冲击法,对750℃、相变点以下(20～60)℃、相变点以上10℃等7种不同热处理状态TC4钛合金的动态断裂韧性进行了测试,结合金相组织观察及扫描电镜断口形貌观察,分析了初生α相含量及次生α相形貌对TC4钛合金动态断裂韧性的影响.结果表明,对于初生α+β转变组织的TC4合金,初生α相含量在47％～50％范围,次生...     

TC4钛合金的激光快速成形特性及熔凝组织

在惰性保护气氛中对TC4钛合金的激光快速成形特性进行了试验研究。结果表明,虽然影响TC4钛合金激光快速成形的工艺参数较多,但其作用是通过对激光沉积特性的影响来体现的。显著影响成形过程沉积特性工艺参数主要包括单层熔覆厚度、单道熔覆宽度、Z轴的单层行程ΔZ和多道间搭接率,必须对其进行严格控制。成形件的熔凝组织由细小的针状马氏体α′和原始β晶界组成,各层之间为致密的冶金结合。和锻造TC4钛合金相比,激光快速成形过程的快热快冷使α—Ti固溶体的固溶度增大。     

钛合金整体叶盘叶型精密振动电解加工实验研究

针对钛合金整体叶盘叶栅通道狭窄、叶片型面复杂、扭转角度大等特点,采用片状电极对叶片型面进行双面同步精密振动电解加工。分析了电解加工参数对叶片加工精度和表面质量的影响,通过正交试验确定了合理的工艺参数,实现了整体叶盘的叶片叶身型面、根部R角及叶间流道的一次电解成形,型面误差为-0.023~0.040 mm,表面粗糙度为Ra0.53μm,达到了设计要求。对电解加工叶片型面试件的组织形貌进行扫描电镜观察,未发现晶间腐蚀和选择性腐蚀造成的点蚀现象。     

不同压力对 TC4 钛合金真空脉冲渗氮的影响

目的采用不同压力对TC4钛合金进行真空脉冲渗氮处理,提高其表面硬度及耐磨性。方法通过金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计及耐磨试验机分析渗氮硬化层的组织与性能。结果 TC4钛合金经过真空气体渗氮处理后,形成了由Ti N,Ti2Al N和钛铝金属间化合物Ti3Al组成的复合改性层。渗氮压力太低,表面氮化物数量较少,氮化物层较薄;随渗氮压力的增大,表面氮化物数量增多,表面硬度及耐磨性增加。压力为0.015 MPa时,氮化物层表面硬度最大,表面硬度为1100~1200HV,有效硬化层深度为50~60μm。渗氮压力继续增加,表层组织变得疏松,表面硬度及耐磨性开始降低。结论选择合适的渗氮压力和表面氮浓度进行真空脉冲渗氮,可以提高钛合金表面硬度,改善耐磨性。     

TC4钛合金的微动疲劳行为研究

研究了TC4钛合金在柱面-平面接触条件下的微动疲劳行为.通过观察微动区的磨损特征和截面形貌,分析了微动疲劳损伤机制,探讨了磨屑的形成与演变过程及其对微动疲劳行为的影响,考察了摩擦系数随时间的变化.结果表明,TC4钛合金微动区的损伤机制以粘着磨损、磨粒磨损和接触疲劳为主,并伴有氧化磨损.磨屑是基体材料脱落、破碎、氧化形成的,磨屑中的硬质氧化物颗粒促进了合金表面的磨粒磨损,加速了疲劳失效.     

喷丸强化对TC4钛合金组织结构的影响

对TC4钛合金试样进行喷丸强化,采用OM、SEM、TEM等技术对喷丸强化试样的组织结构进行观察分析。结合显微硬度沿表层的分布,分析喷丸强化变形层的组织结构特征和加工硬化机制。结果表明,喷丸强化后位错的运动和组态的变化使TC4钛合金表层的组织和亚结构细化,而且可以在表层强变形区形成孪晶,从而产生强烈的加工硬化效应。     

TC4钛合金在溴化锂水溶液中的空蚀行为

利用超声波气蚀试验机研究了TC4钛合金在温度为25℃蒸馏水和38%溴化锂水溶液中的空蚀行为。利用扫描电镜跟踪观察了空蚀形貌,测量了空蚀条件下的累积失重以及表面粗糙度的变化,对比了其在溴化锂溶液中静态和空蚀条件下的动电位极化曲线。结果表明,在空蚀相同时间条件下,TC4在溴化锂溶液中的累积失重量相比蒸馏水中有所升高。与静态相比,空化使TC4的自腐蚀电位正移近230mV,电化学腐蚀速率增加一个数量级。两种介质中的空蚀形貌相似,都是由初期出现裂纹和蚀坑发展到后期的蜂巢状结构。在溴化锂水溶液空蚀过程中,力学因素是造成腐蚀磨损失重的主要因素,但在交互作用中腐蚀对空蚀的促进作用更为明显。     

损伤容限型TC4-DT钛合金性能

研究了热处理制度对损伤容限型TC4-DT钛合金组织和性能的影响,对比分析了不同热处理制度与力学性能之间的内在关系,深入研究不同冷却速率对TC4-DT合金断裂韧性的影响。结果表明：不同热处理制度可以调节显微组织的参数,包括初生α含量、β晶粒尺寸以及片层α的尺寸等,从而对合金性能产生影响,从理论上分析了影响合金性能的关键因素,并通过断口分析了裂纹扩展方式     

斜轧穿孔法制备TC4合金管坯

为了供给市场要求的大直径TC4钛合金异型管壳的二次成形坯料,采用斜轧穿孔加工工艺制备了符合需求的TC4管坯。原始材料为自耗电弧熔炼铸锭,铸锭在β和α＋β相区锻造成Ф100mm×700mm的棒坯。穿孔前棒坯在中频感应炉中经980℃,3min热处理,然后在加强型两辊斜轧穿孔机上一火穿成Ф102mm×11mm×1700mm管坯。所制成的管坯表面光滑,外径尺寸公差达到0．35mm,壁厚公差达0．1mm。管坯退火态室温下Rm=945MPa,A=14％,Z=33％。其强度比挤压制备的管坯略高,塑性相当。实验结果表明,采用斜轧穿孔法完全可以制备符合标准要求的大直径TC4管坯。