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选区激光熔化TC4钛合金表面磁力光整加工的表面质量

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中国表面工程 2023年第1期36卷 106-115页

作者：陈昊鑫张桂香刘宁姜林志朱培鑫杜嘉静山东理工大学机械工程学院淄博255000

为了研究磁力光整加工工艺对SLM制备的TC4钛合金表面完整性的影响,采用响应曲面法对钛合金试样进行三因素三水平的响应曲面分析试验。首先使用数控成形磨床对SLM制备的TC4钛合金试样进行磨削加工,磨削加工将钛合金试样表面粗糙度从6μm(... 详细信息

为了研究磁力光整加工工艺对SLM制备的TC4钛合金表面完整性的影响,采用响应曲面法对钛合金试样进行三因素三水平的响应曲面分析试验。首先使用数控成形磨床对SLM制备的TC4钛合金试样进行磨削加工,磨削加工将钛合金试样表面粗糙度从6μm(SLM成形后)下降到约0.6μm,使带有球状体和凹坑等缺陷的粗糙表面演化为有划痕和孔隙的细表面。然后在不同的磁力光整加工工艺参数下,利用XK7136C数控铣床改造的磁力光整加工系统,采用雾化法制备的新型Al_(2)O_(3)/铁基球形磁性磨料对钛合金试样进行磁力光整加工,分析加工后钛合金试样的粗糙度、表面形貌以及残余应力,并确定最佳工艺参数。结果表明:当磁力光整加工工艺参数分别为主轴转速1 000.00 r/min,加工间隙1.50 mm,进给速度15.00 mm/min时,磁力光整加工效果最好,钛合金试样表面粗糙度由初始的0.6μm降低到0.065μm,试样表面均匀,划痕和表面缺陷被有效去除,达到接近镜面效果。试样表面的残余应力由最初的拉应力+297.4MPa转变为压应力-237.8MPa。利用磨削加工和磁力光整加工技术对SLM制备的TC4钛合金试样进行光整加工,可有效改善工件表面完整性,提高工件表面质量。

关键词：选区激光熔化(SLM) TC4钛合金磁力光整加工响应曲面法表面粗糙度

CMT电弧增材制造TC4钛合金的显微组织与力学性能

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中国有色金属学报 2022年第9期32卷 2609-2619页

作者：李长富郑鉴深周思雨杨光王向明沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室沈阳110136 沈阳飞机设计研究所沈阳110035

采用冷金属过渡(CMT)电弧增材制造技术制备了TC4钛合金样品,测试了沉积态试样的拉伸性能、冲击性能和疲劳性能,讨论电弧增材制造钛合金成形件的疲劳断裂机理。结果表明:经历CMT工艺条件下的快速熔凝过程后,钛合金成形件内宏观组织由外... 详细信息

采用冷金属过渡(CMT)电弧增材制造技术制备了TC4钛合金样品,测试了沉积态试样的拉伸性能、冲击性能和疲劳性能,讨论电弧增材制造钛合金成形件的疲劳断裂机理。结果表明:经历CMT工艺条件下的快速熔凝过程后,钛合金成形件内宏观组织由外延生长的粗大β柱状晶组成,显微组织为细长α片层和网篮组织。成形件拉伸强度较高,达到锻件拉伸强度水平,但是塑性较低,略低于锻件塑性,且存在一定的各向异性,拉伸断口呈现半解理断裂与半韧性断裂特征。沉积态钛合金成形件具有良好的冲击性能,但冲击性能的各向异性并不显著。钛合金成形件的高周疲劳极限为460 MPa,疲劳源均形核于条状未熔合缺陷及气孔缺陷处。缺陷直径越大,距离表面越近,应力集中现象就越明显,导致样品具有较低的疲劳强度和疲劳寿命。

关键词： CMT电弧增材制造 TC4钛合金显微组织拉伸性能疲劳性能

热输入对TC4钛合金微弧氧化膜层性能的影响

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表面技术 2022年第12期51卷 159-168页

作者：龚云柏王平杨彪伍婷杨钊段艳菲兰欣悦西南石油大学新能源与材料学院成都610500 亥姆霍兹HEREON材料与海岸研究中心盖斯特哈赫特21502

目的研究热输入对TC4钛合金微弧氧化膜层性能的影响,控制微弧氧化过程中的能量消耗。方法在TC4钛合金表面制备微弧氧化膜层时,通过改变热输入来形成不同的热效应,采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪分析在不同热输入下所制备膜层的表面... 详细信息

目的研究热输入对TC4钛合金微弧氧化膜层性能的影响,控制微弧氧化过程中的能量消耗。方法在TC4钛合金表面制备微弧氧化膜层时,通过改变热输入来形成不同的热效应,采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪分析在不同热输入下所制备膜层的表面形貌、截面形貌、元素分布和相组成,测试热输入对TC4钛合金微弧氧化膜层耐磨性和耐蚀性的影响。结果热输入影响了膜层生成过程中的离子传输,提高了膜层中Ti原子与O原子的比值,有利于TiO_(2)膜层的生成,但过高的热输入会使参与反应的Ti、O原子减少,从而降低膜层的生长速率。膜层的厚度随着热输入的增大先由18.53μm增加至21.56μm,随后减小至17.67μm,膜层主要相的组成为Rutile、Anatase及少量SiO_(2)。通过改变热输入提高了膜层的耐腐蚀性能,其腐蚀速率从4.516×10^(-3) mm/a逐渐减小至3.109×10^(-4) mm/a。膜层表面的耐磨性能随着热输入的增大呈先增加后降低的趋势。结论当热输入为140 W时,膜层的厚度最高,耐磨性能最佳,同时具备良好的耐腐蚀性能。

关键词： TC4钛合金微弧氧化热输入微观结构耐腐蚀性耐磨性

脱合金法在TC4钛合金磁粒研磨光整加工中的应用

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中国表面工程 2023年第2期36卷 189-199页

作者：张祥马小刚张亮杨诗瑞解志文辽宁科技大学机械工程与自动化学院鞍山114051 北京动力机械研究所北京100074

为解决TC4钛合金表面材料的定量去除问题,提高TC4钛合金磁粒研磨光整加工的效率,采用电化学脱合金法对不同浓度的Na OH溶液进行分析,得出最佳电解液浓度为1.5 mol/L;利用动电位和恒电位极化确定脱合金临界电压为2.1 V。在1.5 mol/L NaO... 详细信息

为解决TC4钛合金表面材料的定量去除问题,提高TC4钛合金磁粒研磨光整加工的效率,采用电化学脱合金法对不同浓度的Na OH溶液进行分析,得出最佳电解液浓度为1.5 mol/L;利用动电位和恒电位极化确定脱合金临界电压为2.1 V。在1.5 mol/L NaOH溶液中,2.1 V电压下进行脱合金试验,TC4钛合金表面获得连续均匀的纳米多孔结构。脱合金3、6、9 h后,工件表面纳米多孔层的维氏硬度分别降低29.4%、39.5%、46.7%。摩擦磨损试验中,磨球穿透纳米多孔层的时间分别为11、21、35 min,纳米多孔层厚度分别达到2.2、3.8和6.2μm。对TC4钛合金和脱合金工件进行磁粒研磨光整加工,研磨加工165 min后,TC4钛合金表面6.2μm厚度的磨痕得到有效去除;研磨加工45 min后,脱合金工件表面6.2μm厚度的纳米多孔层被有效去除,研磨效率提升72.7%。使用脱合金-磁粒研磨复合加工的方法,实现了TC4钛合金表面材料的定量去除,而且降低了表面材料的维氏硬度,提高了磁粒研磨的加工效率。

关键词： TC4钛合金电化学脱合金纳米多孔结构维氏硬度磁粒研磨定量去除

TC4钛合金EBW和TIG焊接头断裂韧性对比分析

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焊接学报 2023年第8期44卷 7-13,I0003页

作者：王东坡张子璇高文斌邓彩艳梁行王婷天津大学天津300072 江苏科技大学镇江212100 沈阳中钛装备制造有限公司沈阳110206

采用电子束焊和氩弧焊方法制备的TC4钛合金接头,在4种温度条件下,测试了其焊缝、热影响区及母材的断裂韧性,并结合断口形貌、硬度分布及微观组织对比分析了断裂韧性测试结果.结果表明,TC4钛合金TIG焊接头焊缝及热影响区的断裂韧性优于... 详细信息

采用电子束焊和氩弧焊方法制备的TC4钛合金接头,在4种温度条件下,测试了其焊缝、热影响区及母材的断裂韧性,并结合断口形貌、硬度分布及微观组织对比分析了断裂韧性测试结果.结果表明,TC4钛合金TIG焊接头焊缝及热影响区的断裂韧性优于钛合金母材,CTOD值随温度下降而降低;相较之下,EBW焊接头焊缝断裂韧性值较母材更低,热影响区断裂韧性与母材较接近,温度变化对其CTOD值无显著影响.钛合金TIG焊接头焊缝区域具有较低硬度值,其网篮状α相和较低比例的马氏体分布是其断裂韧性较高的根本原因;而钛合金EBW焊接头焊缝中针状马氏体的分布导致其局部硬度较高,并降低了断裂韧性.

关键词： TC4钛合金断裂韧性电子束焊钨极氩弧焊

TC4钛合金筒形收口件超塑胀形数值模拟及试验研究

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材料导报 2022年第18期36卷 132-139页

作者：易宗鑫李小强潘存良沈正章华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心广州510640 航天材料及工艺研究所北京100076

对TC4钛合金进行超塑拉伸试验,研究了变形温度为800~950℃、应变速率为0.0002~0.005 s^(-1)下的超塑变形特性并建立相应的Backofen本构方程。研究表明:最佳超塑温度变形为850℃,应变速率为0.0005 s^(-1),在该参数下,TC4钛合金的延伸率为... 详细信息

对TC4钛合金进行超塑拉伸试验,研究了变形温度为800~950℃、应变速率为0.0002~0.005 s^(-1)下的超塑变形特性并建立相应的Backofen本构方程。研究表明:最佳超塑温度变形为850℃,应变速率为0.0005 s^(-1),在该参数下,TC4钛合金的延伸率为788%,应变速率敏感系数m为0.60。将Backofen方程导入ABAQUS软件并在最佳超塑参数下进行超塑胀形数值模拟。超塑胀形后筒形收口件的应力、应变和厚度均呈对称分布,顶部区域最先贴模,中部收口段和顶部的过渡区域最后贴模,应力、应变最大值和厚度最小值均出现在过渡区域;优化后的保压胀形的最大压强为1.90 MPa。超塑胀形试验结果与数值模拟结果基本一致,厚度相对误差为6.98%。超塑胀形后不同部位的微观组织观察结果表明:超塑胀形后晶粒明显长大,其中顶部粗化程度最大,为17.9μm,中部收口段粗化程度最小为14.7μm。由于不同部位变形方向不同,晶粒的取向发生改变,端口部和顶部的晶粒在[0001]方向具有取向,中部晶粒在[2110]方向具有明显取向。变形量较小的端口处α晶粒内部发生大量的位错增殖,在应变诱导下,变形量较大的中部α晶内产生针状马氏体,变形量最大的顶部有板条状马氏体生成。与原始管坯相比,在薄弱区的顶部直筒段,抗拉强度得到提高,屈服强度和延伸率略有下降。

关键词： TC4钛合金超塑胀形数值模拟微观组织

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电弧送丝增材制造TC4钛合金力学性能研究

船舶力学 2022年第12期26卷 1811-1822页

作者：黄兴蒋泽韦朋余陈小平黄旭峰王连王若烨海装上海局驻无锡地区军事代表室江苏无锡214028 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) 广州511458

钛合金是深海潜水器耐压结构的主要候选材料。电弧送丝增材制造技术(WAAM)凭借其高效率、低成本、高灵活性等优点,在深潜器耐压结构部件上极具应用前景。然而,增材制造钛合金的力学性能问题阻碍了其进一步发展。本文选取电弧送丝增材制... 详细信息

钛合金是深海潜水器耐压结构的主要候选材料。电弧送丝增材制造技术(WAAM)凭借其高效率、低成本、高灵活性等优点,在深潜器耐压结构部件上极具应用前景。然而,增材制造钛合金的力学性能问题阻碍了其进一步发展。本文选取电弧送丝增材制造TC4钛合金材料开展试验得到其相关力学性能参数,并进一步建立疲劳裂纹萌生寿命的有限元预测模型,通过与试验结果对比验证此模型在预测增材制造TC4钛合金材料疲劳裂纹萌生寿命时的可行性。试验结果表明:电弧送丝增材制造TC4钛合金的弹性模量、抗拉强度、泊松比等性能与传统tc4锻件的相近,但疲劳性能差距较大;本文建立的疲劳裂纹萌生寿命预测模型与试验结果误差不超过40%,具有一定的参考价值。

关键词：增材制造 TC4钛合金力学性能疲劳寿命

纳米Si_(3)N_(4)对TC4钛合金微弧氧化层微观结构和性能的影响

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稀有金属材料与工程 2022年第5期51卷 1537-1542页

作者：高巍刘江南丁智松张勇要玉宏杨巍西安工业大学材料与化工学院陕西西安710021

在基电解液中加入氮化硅纳米颗粒,对TC4钛合金进行微弧氧化(MAO)处理,研究了Si_(3)N_(4)浓度对微弧氧化层表面形貌、耐蚀性和耐磨性的影响。添加Si_(3)N_(4)的MAO层呈现多孔结构,当Si_(3)N_(4)浓度为1 g/L时,涂层厚度最大,且经过7 d的... 详细信息

在基电解液中加入氮化硅纳米颗粒,对TC4钛合金进行微弧氧化(MAO)处理,研究了Si_(3)N_(4)浓度对微弧氧化层表面形貌、耐蚀性和耐磨性的影响。添加Si_(3)N_(4)的MAO层呈现多孔结构,当Si_(3)N_(4)浓度为1 g/L时,涂层厚度最大,且经过7 d的酸腐蚀试验,该涂层的耐蚀性良好,腐蚀速率最低,约为0.057 mg·cm^(−2)·d^(−1)。随着Si_(3)N_(4)的加入,MAO涂层的抗菌性能先升高后降低。当Si_(3)N_(4)的添加量为1 g/L时,该MAO层的抗菌性能最好。Si_(3)N_(4)的加入能明显提高涂层在模拟海水中的耐磨性。当Si_(3)N_(4)的添加量为3和4 g/L时,所得涂层的摩擦系数低且稳定,且添加3 g/L Si_(3)N_(4)制备来的MAO涂层表现出优异的耐磨性。

关键词： TC4钛合金微弧氧化 Si_(3)N_(4)纳米颗粒微观结构性能

热处理对TC4钛合金激光双束焊接接头疲劳性能的影响

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吉林大学学报（工学版） 2023年第1期53卷 105-110页

作者：回丽陆家琛周松安金岚周冠妍刘小鹏沈阳航空航天大学机电工程学院沈阳110136 沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室沈阳110136 中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所沈阳110136

基于飞机金属整体进气道典型件的T形接头在服役过程中因承受空气循环阻力而导致疲劳断裂的问题,利用激光双光束焊接技术对TC4钛合金进行T形焊接后进行热处理,研究不同热处理方法对焊接接头显微组织特征、疲劳性能及断裂机理的影响。结... 详细信息

基于飞机金属整体进气道典型件的T形接头在服役过程中因承受空气循环阻力而导致疲劳断裂的问题,利用激光双光束焊接技术对TC4钛合金进行T形焊接后进行热处理,研究不同热处理方法对焊接接头显微组织特征、疲劳性能及断裂机理的影响。结果表明:双重退火热处理试件疲劳寿命是未经热处理试件的1.89倍,一次退火热处理试件疲劳寿命是未经热处理试件的1.43倍。疲劳断口分析表明,与未经热处理试件相比,热处理后试件疲劳裂纹稳定扩展区疲劳条纹间距降低,表明疲劳裂纹扩展速率降低,因此疲劳寿命增大。热处理后网篮组织中析出针状α′马氏体,试件抵抗裂纹萌生和扩展的抗力增强,促进试件疲劳寿命增大。

关键词： TC4钛合金疲劳寿命热处理激光双光束焊断裂机理