AECC等 l 增材製造鈦合金力學效能及微觀組織研究進展

Mondo 科技 更新 2024-02-03

根據 3D Science Valley 的說法,航空航天增材製造需求的金屬選擇已擴充套件到包括鋁合金、不鏽鋼、鈦合金、鎳基和鐵基高溫合金、銅合金和難熔合金。 據3D科學谷市場研究公司戰略合作夥伴Ampower稱,2022年增材製造金屬材料全球銷量約為6,852噸(約9.)。5億歐元),預計到2027年市場將達到4.4%,年增長率為44%。20,000噸(約30億歐元),其中鎳基高溫合金的年增長率約為37%,鈦合金的年增長率約為28%。

本期通過摘錄我國鈦合金增材製造領域的實踐與研究,3D科學谷和顧友將領略到鈦合金3D列印的快速發展。

3D科學谷***

雷射在室溫下選擇性熔化TC4鈦合金

高溫拉伸各向異性及斷裂機理

作者: 焦澤輝, 於慧辰, 吳雪仁, 徐瑞達, 吳亮亮.

AECC北京航空材料研究所先進高溫結構材料重點實驗室,航空材料測試與評價北京市重點實驗室,中國航空發動機公司材料測試與評價重點實驗室。

總結:增材製造的TC4鈦合金在航空航天領域具有廣泛的應用潛力。 拉伸效能是增材製造材料工程應用的重要評價指標。本工作系統研究了雷射選擇性熔化製備的TC4鈦合金在室溫和400 °C下的拉伸效能,研究了材料的拉伸各向異性規律和斷裂機理,對比分析了TC4棒材、鍛件和鑄件的組織和效能。

結果表明:合金試樣在水平方向上的抗拉強度比在垂直方向上的抗拉強度高50 MPa以上,塑性和彈性模量無顯著差異; 垂直面與水平面微觀結構特性的差異是抗拉強度各向異性的主要原因,垂直面柱狀晶粒結構中的晶界數明顯少於水平面內細等軸結構中的晶界數,削弱了位錯運動的障礙。

TC4鈦合金不同工藝的拉伸效能對比分析表明,TC4鈦合金在室溫和400°C下的傳統工藝中的拉伸效能水平可以達到甚至優於TC4鈦合金,但試樣在400°C時垂直方向的抗拉強度低於國外相關鍛造資料。

等離子弧+交流輔助電弧增材製造

鈦合金的顯微組織與效能

作者: 沈磊, 黃建興, 劉光銀, 于淑榮, 丁凡, 宋敏.

蘭州理工大學 2蘭州理工大學省部聯合成立的有色金屬先進加工與迴圈利用國家重點實驗室3大連船舶重工集團***

摘要:以等離子弧為熱源,採用交流輔助法對鈦合金進行逐層熔斷增材製造,研究了外加交流電流對增材件組織和效能的影響,用高速相機觀察了外加交流電流對液滴尺寸和液滴躍遷的影響; 測量了疊層形貌的粗糙度,觀察了疊層的微觀組織和顯微硬度,分析了輔助交流電流對疊層壓縮效能的影響。

結果表明:施加的交流電流會形成比較明顯的交流電弧,促進等離子體電弧擺動,從而振盪熔池; 增材件的表面平整度和增材件的晶粒尺寸得到改善,晶粒尺寸隨外輔AC的增加而減小,晶粒尺寸減小了434%.同時,施加的交流電流可以顯著提高新增劑零件的硬度和塑性,當施加的交流電流為30A時,硬度為45415 hV,壓縮應變為 0280%,硬度為406,無交流電流45 HV,壓縮應變為0110%,壓縮應變比提高2,無交流電流5次。

增材製造和鍛造的 TC11 鈦合金

雷射焊接頭的微觀結構和力學效能

作者: 王萌, 張麗萍, 趙林宇, 吳軍, 熊然, 孟永生, 李俊巨集.

習航天動力機械***

摘要:使用增材製造方法製備大型航空航天部件往往受到加工效率和裝置最大加工尺寸的限制,而增材製造與焊接相結合的複合材料製造技術的發展有望解決這一問題。 因此,開展了增材製造和鍛造TC11鈦合金的雷射焊接試驗,研究了增材製造TC11(TC11-AM)、鍛造TC11(TC11-R)、TC11-AM和TC11-R三個接頭的可焊性 TC11-R,進行了焊接接頭的顯微組織、硬度和拉伸試驗,觀察了拉伸試樣的斷裂形貌。

結果表明:三個接頭的焊縫區域均未發現明顯的氣孔缺陷; 由於熔池溫度梯度大,冷卻速度快,焊縫組織為內部充滿馬氏體相的粗柱狀晶粒。 三個接頭的抗拉強度分別約為1 575、1 687 MPa和1 593 MPaTC11-R接頭和TC11-AM TC11-AM接頭的顯微硬度在截面上呈高斯分布,硬度值分別為445 HV、31 HV和424 HV 6 HV由於接頭不同區域結構的明顯差異,TC11-AM TC11-R接頭的顯微硬度呈階梯狀分布,硬度值為432 HV 21 HV三個節理的拉伸試樣均為韌性斷裂,發現斷裂面上存在大量凹痕。 通過比較接頭的抗拉強度,可以看出TC11-AM TC11-R接頭和TC11-AM TC11-AM接頭具有良好的可焊性。

增材製造的鈦飛機結構維修零件

力學效能的實驗研究

劉世華, 張寶才, 謝隨傑, 程宗輝, 張杰, 李海成.

國營蕪湖機械廠2瀋陽航空工業飛機設計研究院 3南京航空航天大學航空學院

摘要:通過對雷射熔化鈦合金飛機結構維修部件在增材製造選擇性領域的相關效能的試驗研究,全面評價了其工程應用的可行性。 將增材製造和傳統機械加工的鈦合金材料的力學效能與典型結構試件和飛機結構維修零件進行了比較。

結果表明:增材製造的鈦合金材料在室溫下具有出色的拉伸、剪下和衝擊效能與鈦合金板相比,各項力學效能的相對誤差在10%以內; 與機械加工的典型結構相比,靜強度的相對誤差在5%以內,疲勞強度的最大相對誤差為129%,鈦合金增材製造的典型結構與機械加工典型結構的力學效能處於同一水平;鈦合金增材製造飛機結構維修件的增強效果與高強度鋼加工飛機結構維修件相當,甚至略勝一籌。 研究表明,增材製造的鈦合金結構也可以滿足飛機維修工程的基本要求。

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