多孔钛合金

多孔钛合金（精选7篇）

多孔钛合金 篇1

摘要：以硫酸为电解液,钛合金(TC4)为阳极,不锈钢片为阴极,采用恒压的氧化方式在钛合金表面获得TiO2多孔膜。通过扫描电镜(SEM)观察了多孔膜的微观形貌并用X射线衍射(XRD)对覆在钛合金基体上的氧化膜进行了物相分析,研究了氧化工艺参数电压、阳极氧化时间和硫酸浓度对TiO2多孔膜相组成的影响。结果表明:TC4钛合金阳极氧化获得的氧化膜为非均一平面的TiO2多孔膜,且膜的孔径分布在90240nm,XRD分析表明在不同的氧化工艺参数下氧化膜均由锐钛相和金红石相双相晶型组成。在0.5mol/L硫酸溶液中,电压高于100V或氧化时间长于5min即出现锐钛相和金红石相TiO2,随着电压的升高和时间的增长金红石相TiO2的含量逐渐增加;在恒压120V时,硫酸溶液浓度为0.3mol/L即出现锐钛相和金红石相TiO2,随着硫酸浓度的提高金红石相TiO2的含量先增加后减少。

关键词：TC4钛合金,阳极氧化,TiO2多孔膜,金红石型,锐钛型

钛合金以质轻、比强度高、耐蚀性强而广泛应用于航天、船舶、化工和生物医学等领域。但钛合金的导电、导热性差,弹性模量低,不耐磨,因此限制了钛合金的在相关领域的使用[1]。为解决钛合金性能上存在的不足,近二十年来,世界各国都加强了对钛合金表面处理技术的研究,采用阳极氧化工艺在钛合金表面制备纳米TiO2以提高钛合金的耐磨性、耐蚀性及生物相容性成为当前领域内研究的热点之一。

V.Zwilling等[2,3] 研究了钛和钛合金在含HF的电解液中获得的多孔阳极氧化膜的结构和物理化学性能,M.V. Diamant等[4]研究了阳极氧化工艺参数对钛氧化膜的影响,李星等[5]探讨了在不同电流、电解液浓度下,对钛进行阳极氧化所制得的氧化膜的结构与工艺参数之间的关系。由此可见,阳极氧化作为一种利用电解作用在金属表面形成氧化膜的工艺,其操作简单,易于控制,通过调节阳极氧化参数(电压、电流、电解液浓度等)即可获得不同结构和不同化学性能的阳极氧化膜[6,7],从而扩大钛合金的应用领域,因此成为提高钛合金性能的一种高效途径。

本研究以TC4钛合金为研究对象,以硫酸为电解液,利用阳极氧化的方法直接在钛合金基体表面获取结晶相TiO2多孔膜,制得了锐钛型和金红石型双相TiO2多孔膜的表面改性层,研究了阳极氧化工艺参数对多孔膜相组成的影响。

1 实验

1.1 实验材料与方法

阳极氧化试样为TC4钛合金,尺寸为20mm×20mm×2mm,其化学成分见表1。

将TC4钛合金进行预处理:除油—水洗—240#,400#,600#,800#,1000#,1500#,2000#号砂纸打磨—水洗—丙酮超声清洗—化学抛光(HF∶HNO3体积比为1∶1)—干燥箱干燥。

阳极氧化的电解质为一定浓度的硫酸溶液,采用恒压直流的阳极氧化方式,阴极为不锈钢片,阳极为TC4试样(单面氧化),两极间的距离保持4cm,实验过程在室温(20℃左右)下进行,设备自有的循环冷却装置可保持整个体系温度的平衡、促进体系的散热。

1.2 检测分析

采用JSM 7001F热场发射扫描电子显微镜(SEM) 对阳极氧化制得的样品微观形貌进行观察并观测氧化膜的孔径大小和分布,使用其配备的INCAx-sight能谱仪(EDS)分析膜层的元素分布。

利用PW3040/60X型X射线衍射仪(阳极靶为Cu靶,λ=0.154060 nm) 检测氧化膜的物相组成。

2 结果与讨论

2.1 TC4钛合金表面阳极氧化层的形貌分析

TC4钛合金在0.5mol/L的硫酸溶液中,在不同电压下进行阳极氧化10min后,表面经SEM观察得到的显微组织形貌如图1所示,其中图1(a),(b),(c)阳极氧化电压分别为100,120,140V,氧化10min的显微照片。

从图1(a)~(c)看出样品在氧化10min后,在试样表面形成了较为规则的多孔TiO2膜,孔径分布为90~240nm。电压分别为100,120V和140V时,氧化膜平均孔径分别约为100,140nm和170nm,随着电压的升高,平均孔径略有增大。孔径的增加是由于阳极氧化电压影响着氧化膜中电场的强度[8],随着阳极氧化电压的增高, 电场强度在孔径径向方向上的分量也会增大, 从而促进多孔膜孔径的增加。从图1也可以看出氧化膜并不是保持一个水平面,而是呈高低起伏状,这是因为TC4钛合金的Ti由密排六方晶格(hcp)结构的α-Ti和体心立方晶格(bcc)结构的β-Ti组成,两种结构的Ti在阳极氧化时的腐蚀速度不同从而造成了表面的非水平态。

2.2 TC4钛合金表面多孔氧化膜的物相分析

2.2.1 阳极氧化电压对氧化膜相组成的影响

图2为TC4钛合金试样在0.5mol/L硫酸溶液中,不同电压下氧化10min获得的氧化层的XRD分析图。 TiO2 有金红石(rutile)、锐钛矿(anatase)和板钛矿(brookite)3种晶型,其中金红石和锐钛矿型TiO2应用较广泛,这两种TiO2均属四方晶系且金红石型TiO2比锐钛型TiO2有更高的晶体密度,在许多重要的物理性质上,如硬度、折射率、对紫外线的吸收能力和着色力等方面,金红石TiO2均优于锐钛型[9]。从图2中可以看出TC4钛合金在0.5mol/L硫酸溶液中氧化10min,当电压达到100V时在25°左右开始出现(101)面的锐钛型TiO2,在27°左右出现(110)面的金红石型TiO2;当电压达到120V时出现(101),(111),(210),(211),(220)和(301)面的金红石型TiO2。随着电压由120V到160V的不断增加,(110)和(101)面的金红石型TiO2的衍射峰逐渐加强,说明氧化膜中金红石型TiO2的含量不断增加,这与纯钛氧化明显不同[10]。并且电压从120V增加到160V时,(101)晶面与(110)晶面的相对强度之比约为0.65,而标准谱图的比率为0.45,这说明当阳极氧化电压达到120V时,TC4钛合金表面形成的金红石型TiO2具有(101)晶面的取向[11]。

2.2.2 阳极氧化时间对氧化膜相组成的影响

图3为TC4钛合金在0.5mol/L硫酸溶液中,恒压120V分别氧化1,5,10,20min和40min的XRD分析图。

从图3可看出,阳极氧化1min时,在25°左右就出现了(101)面的锐钛型TiO2和27°左右的(110),(101),(111),(211)面的金红石型TiO2;阳极氧化5 min时,又增加了(210),(220)和(301)面的金红石型TiO2。且随着时间的延长,(110),(101)和(211)面的金红石相的衍射峰逐渐增强,锐钛相的衍射峰并没有增加,说明氧化膜逐渐以金红石TiO2为主。并且氧化时间多于5min时,TC4钛合金表面形成的金红石型TiO2仍具有(101)晶面的取向。

2.2.3 硫酸浓度对氧化膜相组成的影响

图4为TC4钛合金分别在0.1,0.3,0.5mol/L和1.1mol/L硫酸溶液中,恒压120V氧化10min的XRD分析图。

从图4可看出,当硫酸浓度达到0.3mol/L时就出现了(101)面的锐钛型TiO2和(110),(101),(111),(211)面的金红石型TiO2。随着电解液浓度由0.3mol/L增至1.1mol/L时,金红石TiO2的(101)面衍射峰增强,氧化膜的金红石相含量增加,而(110)和(211)的峰呈先增强后减弱的趋势,则金红石相含量先增加后减少,这可能是由于电解液浓度太高使得形成的氧化膜很快溶解所致。

2.3 多孔氧化膜组成及元素变化分析

TC4表面多孔氧化膜的区域元素分析见图5,各点位Ti,O,Al,V的质量分数见表2。从图5和表2可以看出,TC4钛合金在0.5mol/L硫酸溶液中,恒压120V氧化10min后,表面氧化膜的成分具有非均一性,Ti在外层—次外层—内层的含量呈逐渐升高的趋势分布,O元素在外层—次外层—内层的含量呈逐渐降低的趋势分布,这是由于阳极氧化过程包括TiO2的生成和已形成的膜的溶解两部分组成,钛合金表面的Ti与O形成TiO2后,电阻增大,使得氧化电流减小,外表面的TiO2遇到强酸中的H+又发生溶解反应,由于TC4钛合金氧化后形成了金红石型和锐钛型双相TiO2膜,而两种晶型中的Ti与O的结合强度不同,因此膜的溶解速度也不同,从而膜的不同位置的Ti与O的原子百分含量也不同。

在Spectrum1与Spectrum2处Al与V的含量之比分别为1.64和2.09,高于基体的Al,V的含量之比1.55,而在Spectrum3处Al与V的含量之比为1.05,低于基体的Al,V的含量之比,由于TC4 由α相(富Al) 和β相(富V) 组成,因此在Spectrum1与Spectrum2富含Al元素的位置为在α相上生长的TiO2膜,而在Spectrum3富含V元素的位置为在β相上生长的TiO2膜。

3 结论

(1)TC4钛合金试样阳极氧化后表面形成了较为规则的多孔TiO2膜,孔径分布为90~240nm。随着电压的升高,平均孔径略有增大。氧化膜并不是保持一个水平面,而是呈高低起伏状。

(2)TC4钛合金在不同的阳极氧化条件下所形成的TiO2氧化膜均为金红石型和锐钛型双相氧化膜。随着电压的提高和时间的延长,(110)和(101)面的金红石型TiO2的衍射峰逐渐加强,金红石型TiO2占有更大的比例,锐钛型TiO2则相对减少,氧化膜逐渐以金红石TiO2为主;随着电解液浓度的提高,金红石相含量先增加后减少,锐钛相变化不大。

(3)氧化膜不同位置的Ti,O,Al,V的质量分数差异较大,在相对凸起的位置为在α相上生长的TiO2膜,在相对凹陷处为在β相上生长的TiO2膜。

(4)TC4钛合金通过阳极氧化处理得到的TiO2多孔膜,可防止与其他电性较负的金属产生接触腐蚀,可用于有机涂层或干膜润滑剂的粘接底层,从而对提高钛合金零件的表面硬度和耐磨性能,扩大钛合金的应用范围具有重要作用。

参考文献

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多孔钛合金 篇2

关键词：TiH2,粉末冶金,钛及钛合金

钛及钛合金密度小、比强度高、耐蚀性好, 然而钛化学活性高, 冶炼难度大、能耗高;钛极易受氢、氧、氮的污染, 加工过程需要真空或气氛保护, 导致其压力加工周期长、设备投入高;同时, 钛合金的切削加工性较差, 切削效率低, 仅为铝合金加工效率的15%, 且尺寸控制难、刀具寿命短[1]。目前航空航天工业是钛合金的主要消费领域, 而开辟钛及钛合金的民用市场的关键在于降低其价格。近几年, 研究人员在降低钛矿冶炼成本、减少钛材加工环节、扩大钛材应用范围等方面开展工作, 以期降低钛及钛合金的价格。因此, 有研究者指出, 降低钛合金加工成本比改善钛合金的性能更具研究空间[2]。

粉末冶金技术减少了钛材加工环节及设备投入, 提高了生产效率, 其近净成形的特点使制作复杂形状零部件成本降低。传统粉末冶金方法是在加热加压条件下使钛合金粉末成形, 利用微塑性变形和原子扩散实现烧结致密化。但钛在高温下流动应力高、原子扩散能力低, 需要1400℃的烧结温度才能获得理论密度超过90%的钛材。钛合金在此高温下会形成有害的过热组织β相, 材料孔隙度较高, 尺寸大且分布不均匀[3], 致密度仅能达到95%左右[4,5]。

采用以TiH2粉为原料的粉末冶金工艺制造钛产品是近年国际研究热点。TiH2具有脆性, 容易破碎获得细粉, 满足工艺需求并可降低其原料成本[6]。该工艺利用氢的可逆合金化作用, 将钛合金的粉末成形与氢处理技术相结合, 在烧结工序中一并将氢脱除, 降低烧结温度、缩短烧结时间, 不使用热等静压工艺也可获得较高的致密度。简单的工艺流程减少了杂质对产品的污染并可改善制件力学性能。因此, 采用TiH2为原料可以制得成本低且杂质少的钛产品, 直接降低了钛的制造及使用门槛。

1 钛-氢可逆反应在钛粉末冶金中的作用

根据钛-氢相图 (图1) , 氢是β相稳定元素, 氢的合金化作用增加了合金中的β相含量, 导致合金热变形时流动应力降低;氢在钛中的自扩散和溶质扩散能力较强, 尤其是在β相内的扩散能力更强, 合金元素的加速扩散降低了原子结合能, 减小了扩散激活能, 提高了扩散协调变形能力;氢的扩散解析作用使钛中的空位浓度和位错增加, 增大了钛的表面活性, 降低了烧结过程的自由能。同时, 含氢的β固溶体在共析点会发生共析转变βH→αH (α) +TiHx (γ) , 形成α和γ面心立方氢化物。在应力作用下, 含氢钛合金还会诱发α体心立方的氢化物, 即在真空烧结等过程中又会发生TiHx→α+H2等相变。这些相变的发生有利于破碎钛合金晶粒, 改善微观组织。以氢作为临时合金元素加入钛中, 可在很大程度上改善烧结工艺及烧结件性能[7]。

2 以渗氢钛粉为原料的成形工艺的提出

Yolton等的早期研究工作表明, 氢化的钛粉在热等静压过程中, 氢无明显损失, 真空除氢后可得到等轴细化的显微组织。Kolachov等指出, 由于加氢钛合金粉末粘着能力和塑性的增强, 钛粉可在标准工艺的固结压力、比标准工艺低100~150℃的温度下, 或以标准工艺的固结温度、标准工艺的50%~70%固结压力获得高质量的制件, 且过程时间缩短。Apgar等则在6GPa氢分压下对Ti-24Al-11Nb预合金粉末进行加氢处理, 然后进行热等静压试验。氢的加入使热等静压温度降低36.6℃, 在650~850℃真空除氢后可获得微米级的细晶组织, 其晶粒比快速凝固的粉末粒子更为细小。Greenspan等指出钛粉加氢固结可以降低钛粉固结温度和固结压力。田亚强等研究了置氢TC4钛合金粉末模压成形-烧结后的组织性能, 结果表明当置氢量达到0.42%时, 置氢TC4合金粉末模压成形温度可降低100℃左右, 烧结体致密效果好、力学性能高[8,9]。以渗氢钛粉为原料的成形工艺的提出改进了传统的粉末冶金工艺, 提高了制品性能, 验证了利用氢的可逆合金化作用可以获得细小的烧结组织。但该工艺仍需要热等静压成形, 并未从实质上简化工艺、降低原料成本。

3 以氢化钛粉为原料制备钛合金的工艺

结合氢化-脱氢 (HDH) 的制粉工艺, Fores等[10]提出了改进的氢合金化制备钛合金的粉末成形工艺, 实现了由制粉到制件成形一步完成的工艺路线。Fazevedo等[11]分别用两种工艺制备了Ti-6Al-4V合金试样, 并比较研究了两者的微观组织和孔隙率。乌克兰的O.M.Ivasishin教授等[12]用氢化钛粉代替普通钛粉, 研究了3种成分的合金Ti-2.5Fe、Ti-5Al-2.5Fe和Ti-5Mn, 经过冷压成形和真空烧结后, 粉末冶金制品的密度达到了理论密度的93%~99%。该工艺不需要热等静压进一步提高致密度, 工艺步骤少, 原料成本低, 设备投入小, 便于灵活开展生产。目前欧美一些公司大力推广该工艺 (如图2所示) , 利用其制造的各种钛材已得到了应用。美国ADMA公司与美国陆军、海军、RTI国际金属公司、Plymouth Engineered Shape公司及Dynamic Flowform公司合作利用这种新技术制造出各种各样的钛材, 开始为美国陆军、海军及波音、空客和其他一些公司提供各种钛材零部件。

4 国内外研究现状

由于国内钛粉末冶金技术还处于起步阶段, 对于以氢化钛粉为原料制备钛合金的工艺研究不多, 该工艺为我国钛粉末冶金技术发展指出了新的方向。但该工艺仍需要开展系统研究, 特别是大尺寸成型件的脱氢研究目前仍然是空白。

4.1 以TiH2粉末制备钛及钛合金的工艺研究

(1) 改进TiH2粉末压制烧结工艺

TiH2粉末质硬、脆, 粉体颗粒形状极不规则, 流动性差, 成形性差。戴坤良等研究了TiH2粉末的模压性能, 发现成形剂以润滑粉体的方式加入时, 十八醇与金刚烷的混合物在添加量小于0.4%时压制性能较好;成形剂以润滑模具的方式加入时, 硬脂酸效果较好。但润滑剂十八胺与金刚烷成本高, 不利于工业化生产。因此, 粉体形貌整形、开发新TiH2粉末成形剂体系应是下一步着重考虑的方向[13,14]。TiH2粉含氢量高, 脱氢烧结后, 坯料体积收缩, 尺寸精度难以控制, 容易产生烧结缺陷。有学者提出采用不饱和氢化钛粉生产粉末冶金钛合金, 以避免脱氢过程带来的高能耗, 同时利用粉体中的少量氢进行活化烧结。试验证明不饱和氢化钛粉代替饱和氢化钛粉, 极大地降低了粉末冶金制品在烧结过程中产生裂纹的几率[15,16]。但不饱和氢化钛粉的性能评估体系尚未建立, 如何准确控制及评估其不饱和度, 仍需进一步研究。表1为钛的几种粉末冶金制备技术的特点。

(2) 以TiH2粉末为原料的粉末注射成形工艺

国内外的Ti-MIM研究中也有使用TiH2粉末来改善工艺性能或者力学性能的报道, 烧结过程中TiH2脱氢引起钛粉物化性能和能态变化, H能减弱Ti-Ti键, 提高原子扩散速率, 新生钛的高活性有利于改善钛的烧结活性, 促进全致密化烧结[17,18,19,20]。在此基础上, 国内研究者对TiH2粉末注射成形用粘结剂体系、脱脂工艺和烧结技术进行了研究。喻岚等[21]以TiH2粉末和Al-V合金粉为原料, 对钛合金的金属注射成形 (MIM) 工艺进行了探索。在制备钛合金的过程中实现了脱氢-脱脂/烧结一体化, 烧结样氢含量仅为0.014% (质量分数) 。该工艺制备的Ti-6Al-4V合金微观组织致密、均匀。该试验证明了TiH2粉末可作为MIM钛合金的原料, 其工艺路线可行, 但脱脂、脱氢/烧结等关键环节仍然需要进一步优化。刘素红等[22]制备的MIM纯钛制品相对密度达98.96%, C含量仅比原料增加0.07%, O含量降低0.06%, N含量为0.0005%, H含量为0.0001% (均为质量分数) 。TiH2可有效改善烧结活性, 促进全致密化烧结, 有利于通过MIM工艺获得高品质钛制品, 这一结论与Shinohara等的研究结果相符[23]。

(3) 高能球磨法制备钛合金

集成电路布线技术的扩散阻挡层的性能依赖于靶材的密度、晶粒度和相组成。采用热压法、热等静压法等制备的W-Ti靶材晶粒粗大、致密度低, 很难得到单一相, 影响了W-Ti薄膜的阻挡性能。因此, 寻找新的途径制备细晶粒、高致密度W-Ti合金是目前研究的热点。王庆相等[24,25]采用机械球磨方法制备W-10%Ti、W-10%TiH2 (均为质量分数) 纳米晶粉末, 经压制后在1550℃保温烧结80min得到W-Ti合金, 用W-TiH2球磨粉制备的W-Ti合金密度较高且晶粒细小, 减少了氧化, 避免了烧结过程中液相的产生。

以钛为基体的Ti-W合金强度高, 延展性好;并且无磁性的W固溶于Ti基体能够降低Ti的弹性模量, 可用于医学领域。以Ti粉为原料制备的Ti-W合金, 由于Ti粉表面形成的致密氧化膜阻碍了烧结过程中W与Ti之间的互扩散, 并形成第二相粒子TixWyOz, 导致晶界脆化, 强度降低;而以TiH2粉为原料, 采用固相烧结制备的Ti-20%W合金成分均一, 抗压弹性模量能够满足作为骨替代材料使用的要求[26]。

4.2 以TiH2粉末为原料制备医用钛及钛合金

昆明冶金研究院 (云南冶金集团股份有限公司技术中心) 从2007年开始与美国犹他大学共同开展了国家科技部国际合作项目“新型医用钛材的粉末冶金制备工艺研究”。项目以TiH2粉末为原料制备了纯钛、Ti-6Al-4V合金, 并采用该工艺制备了医用钛及钛合金产品, 具有流程短、能耗低、成材率高等优点, 特别适用于制造批量小、品种规格多的医用钛产品。

目前, 该项目已顺利通过国家科技部、云南省科技厅的验收, 完成了实验室小型试验和中试规模的扩大试验, 化学成分及力学性能 (如表2、表3所示) 均达到了ASTM标准。

注:CPTi (锻) 、TC4 (ELI锻) 、TC4 (锻) 为某公司的CPTi锻棒、TC4ELI锻棒、TC4锻棒;σb、σ0.2、δ、ψ分别代表抗拉强度、屈服强度、延伸率和断面收缩率

项目充分发挥了粉末冶金技术低成本、近净成形的特点, 制备了髋关节、膝关节以及人工骨骼, 如图3、图4所示。按照相关标准和规范采用挤压、旋锻等压力加工工艺, 制备出骨针、矫形棒、椎弓钉等植入物, 同时申请了1项发明专利和1项实用性专利。

F.A.Müller等以TiH2粉末、NbH粉末、ZrH2粉末为原料, 在300MPa压力下冷等静压成形, 并于1500℃烧结2h, 制成理论密度达到93%的Ti-13Nb-13Zr合金, 并成功在其表面合成了人工HCA层。M.C.Bottino等也用TiH2粉末、NbH粉末、ZrH2粉末为原料制备了Ti-13Nb-13Zr合金, 考察了烧结温度、保温时间对材料密度及微观组织的影响, 通过将种植体植入兔子体内, 评估了种植体与骨的结合性能, 结合荧光标记评估以及甲苯胺蓝染色评价结果, 表明以氢化物粉末作为原料的粉末冶金工艺路线可用于生产Ti-13Nb-13Zr合金, 并且产品可用于制作植入物[27,28]。

5 结语

(1) 以廉价的TiH2粉末为原料, 使用最简单的压烧共混元素粉末冶金法即可得到钛及钛合金, 且无需高温热变形。与传统的铸锭冶金方法相比, 所制得的合金的结构与性能可达到较好的平衡。在降低成本的同时还能保持钛合金独特的性能, 降低了制备钛及钛合金的门槛, 因而将进一步扩大钛合金的使用范围。

(2) 由于在烧结TiH2粉坯料的过程中, 脱氢过程受到氢内扩散控制, 与其零件尺寸有密切关系, 国内外的研究者对TiH2的脱氢动力学行为进行了很多分析, 但探讨零件尺寸大小与脱氢行为之间关系的研究还未见报道, 不能确定TiH2压坯脱氢所需时间与温度和压坯尺寸的关系, 脱氢工艺得不到优化, 这将影响钛及钛合金烧结零件的性能。

浅析钛合金孔加工技术 篇3

钛合金是以钛为基础加入其他元素组成的合金。钛有两种同质异晶体:882℃以下为密排六方结构α钛, 882℃以上为体心立方的β钛。钛合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类:α钛合金, β钛合金和α+β钛合金。由于合金组织稳定, 高温变形性能、韧性、塑性较好, 是航空业重要的原材料。钛合金特点主要表现在:

1.1 强度高、热强度高、耐蚀性好

钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右, 仅为钢的60%, 但钛合金的比强度 (强度/密度) 远大于其他金属结构材料。其次, 钛合金热稳定性好, 在中等温度下仍能保持所要求的强度, 在300℃~500℃条性下, 仍有很高的比强度, 约为铝合金的3~4倍。钛合金对应力腐蚀的抵抗力特别强, 且表面形成的致密的氧化膜对酸、碱、氯化物、氯的有机物品具有优良的抗蚀能力。因此在飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等方面都有对钛合金使用。

1.2 导热性能差

钛的导热系数λ=15.24W/ (m.K) 约为镍的1/4, 铁的1/5, 铝的1/14, 而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50%, 因而散热慢, 不利于热均衡, 特别是在钻削加工过程中, 散热和冷却效果更差, 在切削区易形成高温。

1.3 钛及其合金化学活性高

钛及其合金能与空气中的0、N、H、C0、CO2、水蒸气等产生化学反应, 在钛合金表面形成Ti C及Ti N硬化层, 使得脆性加大, 塑性下降;在高温高压下加工, 与刀具材料起反应, 形成溶敷, 扩散而成合金, 不利于切削加工。

2 在钛合金孔加工过程中出现的问题

影响钛合金孔加工质量的因素有很多。通过了解钛合金性能特点, 分析其加工特性, 结合在加工中出现的问题, 钛合金加工的难度主要体现在以下几点。

(1) 在钻削加工过程中, 在钻削区易形成高温;再加上钻头与前刀面接触面积小, 刀尖应力大, 切屑不易排出, 钻削用量不易控制, 易造成零件变形和烧刀现象。

(2) 钛合金弹性模量小, 在钻孔时钛合金在钻削力作用下产生较大的变形;在完成加工起钻时, 使已加工表面产生较大的回弹, 引起加工的零件超差, 加工面粗糙。

(3) 由于钛及钛合金化学活性高, 钛合金亲和力大, 加之高温高压作用, 在钻削时易产生粘刀现象, 切屑挤在钻头沟槽中不易排出, 造成刀具粘接产生积屑瘤, 甚至出现扭断钻头等现象。

鉴于钛合金孔在加工中易山现上述等问题, 在钛合金加工中需要改进加工方法, 通过改进工具来提高钛合金加工孔的质量和加工效率。

3 提高钛合金孔加工质量的措施

由于钛合金在孔加工时易出现高温区、烧蚀刀具, 产生积屑瘤, 零件超差, 加工面粗糙等现象, 在孔的加工中可以从以下几个方面来提高孔的质量和加工效率。

3.1 选择合适的钻头和工具

(1) 经不同材料的钻头试验分析, 超细品粒硬质合金钻头加工钛合金时刃口锋利、磨损小, 效率有了显著的提高, 是比较理想的刃具材料, 如果没有条件可以选择高速钢M42, B201或硬质合金钻头。

(2) 在钻头上设计四条导向刃, 可以增加钻头的截面惯性矩, 提高刚性, 其耐用度比标准钻头高3倍左右。同时由于导向稳定减小了孔扩张量, 如Ф3mm的四条导向刃钻头孔扩张量仅为0.03mm, 而标准钻头为0.06 mm。

(3) 采用“S”形或“X”形修磨钻头横刃, 横刃长度为0.08~0.1钻头直径, 同时保证横刃的对称度小于0.05mm。两种形式的横刃均可形成第二切削刃, 起到分屑作用和减小在钻孔时的轴向力。

(4) 选择适宜的枪钻:在钻钛合金长径比大于5的深孔时, 当孔径小于等于30mm时, 一般采用硬质合金枪钻;当孔径大于30mm时, 采用硬质合金钻头或喷吸钻等。

3.2 选择正确的切削液

选用适合钛合金加工的冷却方式, 进行有效的冷却, 可延长切削刀具的寿命, 提高加工效率。

(1) 在钻浅孔时可选用电解切削液, 其成分为三乙醇胺, 癸二酸, 硼酸, 亚硝酸钠, 甘油和水。

(2) 在钻深孔时, 因为水在高温下可能在切削刃上形成蒸汽气泡, 易产生积屑瘤, 使钻孔不稳定, 不宜选用水基切削液。一般采用豆油, 必要时可加入钻孔攻丝专用油和添加剂为切削液, 经高压空气油雾器雾化后, 通孔道直接将冷却气雾送至切削区域, 进行冷却和润滑, 且切屑易排出钻头, 获得更佳的冷却润滑效果。

3.3 采用合理的加工方式

钛合金的性能特点要求钻削在加工时钛合金需采用合适的方式。一般采用低转速, 适中的进给量;在加工深孔时要勤退刀并及时清除切屑, 注意切屑的形状和颜色。如在钻削过程中切屑出羽状或颜色变化时, 表明钻头已钝, 应及时换磨刀刃。

为了提高工艺系统刚性, 钻模应固定在工作台上, 钻模引导宜贴近加工表面, 尽量使用短钻头;当采取手动进给时, 钻头不得在孔中不进不退, 否则钻刃摩擦加工表面, 造成加工硬化, 使钻头变钝, 影响孔的质量和加工效率。

4 结束语

钛合金材料在航空、航天领域中被广泛应用。但其较差的加工性能, 制约着钛合金零件加工质量和生产效率, 尤其在钻孔和攻丝方面表现较突出。因此在孔加工方面提出合理的加工方式, 加工方法, 加工工具可以改善孔的加工质量, 提高加工效率。

参考文献

[1]李富长, 宋祖铭, 杨典军.钛合金加工工艺技术研究[J].南京机电液压工程研究中心.

[2]张利军, 申伟.钛合金材料的钻孔技术分析[J].西安北方光电科技防务有限公司.

钛合金磨削温度实验研究 篇4

在航空, 航天, 航海以及能源电力化工领域的各种管道, 越来越多地使用钛合金。钛合金具有比强度高, 热强性好, 耐腐蚀, 资源丰富等一系列优点, 为了提高钛合金的磨削加工效率和磨削质量, 工业生产中迫切需要改善其磨削加工性。磨削钛合金时, 产生的热量较多, 又由于这种材料的热导性较差, 因而易使磨削区的温度升高。磨削表面的高温及其沿工件层的分布对磨削烧伤, 变质层及残余应力等有很大影响。

2 磨削测温实验

钛合金试件:TA1, 成分为工业纯钛, a型;TC11, 成分为Ti-6.5Al-3.5Mo-2Zr-0.3Si, a+β型试件本体上钻出一个或几个台阶孔, 孔径应尽量小, 特别是顶部的小孔, 如图1所示。

磨削系统中砂轮为绿色碳化硅GC60J, 树脂结合剂金刚石60粒度, MM7132A型磨床, 切削液用乳化液。

3 实验结果

图3是GC60J磨削TA1和TC11得到的表面温度。可以看出:由于实验条件限制, 除磨削宽度TA1为15mm, TC11为20mm, 其他磨削参数相同条件下, TA1表面温度高于TC11。分析:TA1虽然导热率较高, 但是比较粘刀, 比较软, 磨削温度较高。

下面是两种砂轮GC60J和60粒度的树脂结合剂金刚石砂轮 (DSZ60) 磨削TA1的测温实验, 磨削参数以及砂轮型号如图。由图4可以看出:绿色碳化硅比金刚石磨削钛合金的温度低。分析:磨削钛合金时砂轮磨粒除有较严重的磨耗磨损外, 砂轮还有较严重的堵塞, 因为金刚石砂轮堵塞较为严重因此温度较高。

4 结论

通过以上分析我们得到如下结论:

(1) 绿色碳化硅GC60J磨削钛合金TA1与TC11比较, TA1较软, 较粘, 磨削后有非常明显的飞边, 磨削温度较高。

(2) 采用绿色碳化硅和树脂结合剂金刚石砂轮磨削钛合金, 绿色碳化硅砂轮的磨削温度低, 金刚石砂轮磨削效率较高。

(3) 进给速度20m/min以下, 切削深度0.022mm以下, 两种钛合金温度低于400℃。

参考文献

[1]张喜燕, 赵永庆, 白晨光.钛合金及应用[M].北京:化学工业出版社, 2005-04.

[2] (德) C莱茵斯, M皮特尔斯编.钛与钛合金[M].北京:化学工业出版社, 2005-03.

[3]S.马尔金著.蔡光起译.磨削技术的理论与应用[M].大连:东北大学出版社, 2002.

钛合金轴零件的磨削加工 篇5

关键词：钛合金,转轴零件,磨削加工

1 引言

随着全球航天、航空业的蓬勃发展,钛合金材料凭借其特有的突出性能,如比强度高、耐高温、抗腐蚀性能强、密度低等优点,得到了广泛的关注。各国针对钛合金材料因导热性能低等导致难以加工的缺点进行大量的研究,也使得其应用领域扩展到化学工业,核工业、航天、船舶等各个方面。

通常,钛合金材料作为主要结构材料多用于外壳零件,但在某些特殊情况下,如航天电机等小型驱动元件中,也要求轴类零件采用钛合金材料。轴类零件因其特性,为保证尺寸、形位公差精度要求,则多采用磨削加工。而钛合金材料的导热系数仅为钢的1/4,铝合金的1/13,铜的1/25[1],因此作为转轴的使用材料在磨削加工过程中,磨削加工区域散热慢,不利于热平衡,极易在加工区域形成高温,从而导致砂轮加速磨损,加工零件尺寸超差,甚至造成零件表面烧伤,致使加工零件报废。因此对钛合金轴类零件的磨削加工进行研究分析成为必然。

2 钛合金的磨削性能

衡量磨削性能的主要标准有砂轮的耐用度(即砂轮使用寿命)、磨削比(即磨削去除的材料体积与砂轮损耗体积之比)。

磨削钛合金时砂轮的耐用度较低,原因是钛合金具有较高的化学亲和性和较低的导热系数,使得磨削加工区域容易形成高温,砂轮不但受到正常的磨削损耗,还受到较严重的化学腐蚀,加速了砂轮的磨损,减少了砂轮的使用寿命。钛合金的磨削比较差,钛合金在磨削过程中砂轮磨损剧烈,容易变钝失效。例如在同样条件下磨削钛合金TC4和45钢,前者的磨削比只有1.53,而后者的磨削比为71.5。

此外,在磨削加工的表面完整性(表面及表层状态)和磨削功率或磨削力等方面,钛合金的表现也很一般。

鉴于上述原因,钛合金应尽量避免作为需要磨削加工的轴类零件的使用材料,但是由于钛合金材料的高强度(强度约为铁的2倍、铝的6倍),密度小(位于铝合金和钢之间),钛合金的工作温度范围广,在-253℃~500℃均可正常使用,钛合金的抗腐蚀性优良,特别是在海水和海洋火气中抗腐蚀性极高。以上这些优越的特性就决定了钛合金作为结构材料能在对体积、重量、强度、抗腐蚀性能要求都较高的航天、航空飞行器上大量应用,所以有时航天器上的微型电动机转轴也使用钛合金材料。

3 钛合金磨削加工的参数选择

根据钛合金的特性以及磨削性能,可以预见加工钛合金轴类零件最大的困难是在磨削过程中,加工区域因砂轮与零件相互摩擦切削产生大量热量,又因为钛合金导热性差等原因,使得这些热量无法快速有效地散发出去,致使磨削加工区域产生高温,出现粘屑造成砂轮堵塞以及零件表面烧伤。钛合金零件表面的正常加工颜色为银灰色,烧伤后为蓝色。

为避免上述现象的发生,首先应采用小余量磨削加工的方法。在磨削工序前,应安排必要的粗车、热处理和精车等加工工序,在需要磨削的转轴外圆处,精车时留有少量的磨削余量。一般情况下,钢材料转轴要求留有0.2~0.3mm磨削等量,钛合金则要更小,约为0.1mm。且加工时,分为粗磨加工和精磨加工,其具体加工参数见表1[2]。

此外需注意,无论在磨削加工还是在之前的粗、精车加工工序中,一般转轴类零件都选择转轴两端的中心孔作为加工定位基准,尽管转轴中心孔与机床顶针相对运动较少,但由于该处空间较小,且磨削液基本无法达到,致使转轴中心孔在加工时由于摩擦产生的高温而形变,导致定位基准失效,零件加工尺寸超差,甚至导致零件报废。解决该问题的方法是,可使用钢材料加工两个接头,通过螺纹或胶黏结的方法固定在转轴两端,在粗车工序时一同加工,这样中心孔可以加工在钢接头上,既避免了中心孔高温变形的问题,也保证了零件的加工精度,在零、部件全部加工完毕后,再采用铝制软三爪装夹转轴外圆的定位方式,将两端接头去除。

此外,根据具体的加工情况,除采用小余量磨削加工的方法外,钛合金磨削还可以采用低应力磨削或缓进磨削等加工方法来提高磨削质量或生产率。

4 砂轮的选择

由于钛合金具有化学亲和力强、摩擦系数大、导热系数低等特点,在磨削加工中,不同于结构钢的地方是:除粘结、扩散外,钛合金同磨料还起化学作用,从而改变了砂轮的磨损性质。磨削钛合金时,钛合金磨屑很快便粘结在磨粒顶端,并与之发生化学反应,从而加速了砂轮的磨损,所以砂轮的选择尤为重要,常用的磨削钛合金的砂轮磨料有以下几种:

(1)锆刚玉。

强度和韧性都高,耐磨性也不错,磨削钛合金时,砂轮不能阻塞。

(2)绿碳化硅。

具有较好的导热性与半导体特性。与钛合金粘附较轻,砂轮不易阻塞。碳化硅易破碎形成新刀口,刀口锋利,降低了砂轮的磨损率。

(3)铈碳化硅。

其外观和绿碳化硅相似,与绿碳化硅磨料相比,其铈碳化硅的显微硬度、单颗粒抗压强度、韧性等均比绿碳化硅高。由于铈碳化硅的物理性能有所改变,其磨削效果也得到了一定的改善。试验证明磨钛合金时,铈碳化硅与绿碳化硅相比,切削效率提高近一倍,并且火花较小。

(4)混合磨料。

绿碳化硅和微晶刚玉的混合磨料,其自锐性好,砂轮阻塞性低,磨削比虽稍低于绿碳化硅和铈碳化硅砂轮,但磨削的表面粗糙度最低,且在较大的金属去除量范围内,磨削的表面粗糙度也十分稳定。

(5)超硬磨料。

人造金刚石和立方氮化硼是两种人造超硬磨料,它们具有极高的硬度和优良的切削性能,同时对钛合金的化学稳定性也很好。所以用这两种磨料的砂轮磨削钛合金时,由于化学作用而造成的砂轮磨损就显得不那么突出。因此人造金刚石和立方氮化硼砂轮磨削钛合金的效果较好,缺点是价格昂贵。

砂轮的粒度是指磨粒尺寸的大小,用粒度号来表示。粒度号越大,磨粒的尺寸越小。粗磨钛合金时,以要求生产率高为主,可选用粗粒度的砂轮。精磨时则选用细粒度的砂轮,便于降低工件表面粗糙度。若使用过细粒度的砂轮时,易出现磨削温度过高从而烧伤工件表面的现象。

5 钛合金磨削用磨削液

钛合金磨削加工时,砂轮磨粒切削工件表面产生大量的磨削热量,这些热量必须使用磨削液将其带走,以降低磨削区的温度。对钛合金来说,理想的磨削液除象磨削一般材料那样要起冷却、润滑和冲洗作用外,更重要的是要能有效地抑制钛合金与磨料的粘附作用和化学作用,并且还要不发泡、消泡快。由于钛合金磨削温度高,钛屑易燃,当使用油溶性磨削液时可能发生火灾。所以建议使用合成水溶性乳化液,也可自配磨削液。需要注意的是钛合金磨削最好不使用含氯的磨削液,既避免产生有毒物质和引起氢脆,也能防止钛合金高温应力腐蚀开裂[3]。

由于钛合金相对其他材料磨削时加工区域温度高,使用磨削液时要求喷嘴尽量靠近磨削区,磨削液流量要大,对于每毫米砂轮宽度的流量一般不小于0.5L/min。除此之外,磨削液的水箱容量也要足够大,以防止磨削液温升过高,并应装有过滤装置,保证磨削液的清洁。

6 加工实例

某型号步进电机作为航天器太阳帆板展开驱动元件,其转子结构为在钛合金转轴上压装硅钢铁芯。该步进电机定、转子间隙仅为0.016mm,所以对转子加工精度要求比较高,转子各外圆同心度不大于0.006mm,尺寸公差要求4级精度,表面粗糙度Ra0.8。

实际加工中,转轴经过粗车、精车和必要的去氢热处理等工序后压装铁芯,再在进口内外圆磨床上进行整体磨削,采用小余量磨削加工方法。转轴车削加工仅留0.1mm的磨削余量,然后一次装夹,进行粗磨、半精磨和精磨加工,粗磨进给量0.02mm,半精磨进给量0.01mm,精磨时进给量0.005mm。采用46#粒度的铈碳化硅砂轮,水溶性乳化液,磨削液流量大于35L/min。同批次转子加工后未出现尺寸超差现象,合格率达到100%。

7 结语

钛合金材料的磨削性能特点决定了钛合金轴类零件在磨削加工中难度较大,只有正确选择磨削参数,砂轮以及磨削液,配合合理的工序安排,才能延长砂轮使用寿命、提高零部件的加工精度和生产效率。

参考文献

[1]王彩霞.B型钛合金细长轴套的加工工艺分析[J].装备制造技术,2010(7):99-101.

[2]傅勇宗,明辉,刘应萝.TA15、TB6钛合金切削加工用量和刀具的选择[J].航空制造技术,2006(7):59-61.

高温钛合金的发展与应用 篇6

钛合金是一种以钛元素为基础, 通过多种元素进行组合的一种合金材料。由于钛具有两种同质异晶体, 所以在化学性质上具有两种不同的特性, 因此人们通过对钛元素的特殊性加以利用, 通过掺杂其他元素, 再通过钛的相变温度以及其所具有组成含量的改变就能够获得全新的具有不同组织特性的钛合金。其实钛合金的存在所利用的正是合金元素对相变温度的反映变化, 譬如铝作为钛合金中最为主要的一种元素, 它能够提高合金的常温和高温强度, 并且在增加合金弹性上也有非常好的效果。而随着钛合金越来越多的特性被挖掘出来并实现应用, 所以近几十年来高温钛合金始终处于科学研究的最前端。特别是相关科研人员将钛合金的拉抗强度从300 ~ 400MPa直接提升到了1 100 MPa, 这也让高温钛合金正式进入航空航天工业领域, 当前钛合金已经是航空工业领域内具有标志性的材料之一。

从高温钛合金的发展进程来看, 它是随着航空工业的发展而发展起来的, 传统工业领域虽然同样对高温钛合金有着非常深刻的研究, 但是从实际应用的角度出发来讲, 钛合金的应用程度并不高。但是航空航天工业不同, 由于大气压强等因素的强影响力, 所以导致航空航天工业的发展必须要建立在许多特殊的建材之上, 而高温钛合金正好能够满足航空航天工业发展所需要的材料特性, 所以从根本上来讲, 高温钛合金应该是在航工航天工业领域内正式有了高速发展的平台。高温钛合金最早的研制是起于二十世纪的五十年代初, 当时最早被研制出来的高温钛合金名为Ti - 6Al - 4V, 这是在300℃ ~ 350℃ 的温度下研制出来的一种高温钛合金, 随着钛合金鼻祖的出现, 又有许多高温钛合金相继出世, IMI679、IMI685 等钛合金的出现标志着相关工业研究人员开始对高温钛合金产生高度重视, 并深挖高温钛合金所具有工业价值。美国作为研制出世界范围内首个高温钛合金的国家, 可以说其在高温钛合金的研究领域有着非常强的理论和实践基础, 其他国家的高温钛合金研究也是建立在美国这一首例高温钛合金的基础之上的。而且美国的“阿波罗”飞船、“艾伯星”火箭等都实现了高温钛合金的应用, 并且事实证明钛合金在航空航天工业领域内确实能够起到其应用的效果, 因其是首个高温钛合金, 必然会出现其局限性, 所以随着美国人对高温钛合金表现出高度的兴趣之后, 美国始终都在领跑世界范围内对高温钛合金的研究和应用。面对这种具有独特性质的金属材料, 我国紧跟世界潮流, 所以我国在高温钛合金的研究上也有卓有成效。在世界上主要的研究生产工艺的基础上, 我国突出了自己的特色, 且国内许多相关的研究院始终都在致力于高温钛合金工业的创新和研发, 这对我国高温钛合金未来的发展起到积极的作用。

2 高温钛合金的应用分析

不同品质的高温钛合金在应用的范围上也不尽相同, 这也标明了高温钛合金具有相当强的可塑性。譬如我国自主研发的TC11 钛合金就是一种综合性能良好的钛合金, 其主要被应用在航空发动机压气盘、叶片等零件的制造商。而Ti - 55 钛合金也是我国自主设计的一种近 α 型耐热钛合金, 这种钛合金由于加入了适量的稀土元素Nd, 所以增加量合金所具有的抗氧化性, 这种合金能够在使用温度下具有相当良好的热强性和热稳定性, 因此也被广泛的应用在航空发动机高压段的压气机盘、鼓筒等零件上。其实我们说, 高温钛合金所具有的诸多特性是能够对航空航天领域产生非常强大的推动作用的, 特别是对于我国的整体发展来讲, 无论是Ti - 53311S钛合金还是Ti60 等, 都已经能够自主支撑起我国航空航天领域的发展需要, 这对我国是有着积极意义的。而当我们看到高温钛合金在当今时代所具有的功能的同时也必须清楚高温钛合金未来的发展空间也必然是广阔的, 所以我国相关科研机构必须要牢牢把握世界范围内对高温钛合金的研究方向, 积极培育相关专业人才, 为我国高温钛合金研制领域未来的发展奠定良好的人才基础。并且对于我国来讲, 要想实现高温钛合金的真正发展就必须摆脱对世界工业的模仿, 真正打造具有我国特色的高性能高温钛合金, 这样我们才能够真正在未来的世界资源竞争中占据主动地位。

参考文献

[1]蔡建明, 马济民, 黄旭, 等.高温钛合金中杂质元素Fe的扩散行为及其对蠕变抗力的损害作用[J].材料工程, 2009 (8) .

[2]黄旭, 李臻熙, 黄浩.高推重比航空发动机用新型高温钛合金研究进展[J].中国材料进展, 2011 (6) .

钛合金弯曲振动疲劳性能试验 篇7

众所周知, 航空涡轮发动机的关键部件———发动机叶片的劣势为:工作环境复杂、数量多、叶片故障占比例大。在研制新型发动机中, 为提高叶片性能常需要投入大量的人力、物力、财力。在航空涡轮发动机中, 叶片容易产生振动。国内外大量数据统计数据表明, 叶片故障大部分是振动引起的。而对于发动机的核心技术中国长期受到外国技术的控制, 中国能借鉴的技术资料少之又少, 我国现在是孤军奋战。在中国为了发展航空领域发展, 对于叶片相关研究, 不仅仅需要现有的资料, 还需要有大量的试验支撑。钛合金具有强度高、耐腐蚀好、耐热性高等特点。自上世纪中期开始钛合金逐步被世界发达国家重视[1]。近年来, 钛合金成为航空航天领域的重要材料, 在涡轮发动机中压气机盘与叶片广泛采用。本实验是针对钛合金的振动疲劳试验, 这是为了在今后设计、制造和使用中为确定其可靠性水平进行的试验研究, 为飞机发动机可靠性设计、故障分析提供技术数据。

1 叶片疲劳试验目的

在发动机工作过程中叶片如同一个个悬臂梁, 在受到气体产生的振动后, 叶片将受到更多的振动载荷。叶片在实践工作中受到众多形式的振动影响, 其中以弯曲疲劳断裂失效最为常见, 并且危害最大。通过表1统计资料可以看出叶片振动疲劳是导致叶片的故障原因, 振动疲劳断裂甚至将造成发动机及其危险的重点事故。

叶片断裂是从裂纹产生、裂纹发展直至断裂几个过程逐步发展产生的。通过对振动疲劳断裂的研究可以看出断裂正是遵循疲劳断裂的规律, 在振动循环力与叶片内里相互影响来实现的。当内力超过裂纹产生的振动力时叶片将不会出现振动疲劳断裂, 反之则会出现。因此, 本实验采用弯曲疲劳加载试验获得数据[2]。

2 弯曲疲劳试验系统

弯曲疲劳试验是利用振动试验系统完成的, 该系统主要由振动台、专用夹具、传感器、测量放大器、频率计、动态应变检测系统、功率放大系统和振荡器等组成, 如图1所示。振动发生系统产生振动并传至振动台;通过调整频率, 被夹具固定在振动台上的工件类似悬臂梁, 将处弯曲谐振下, 通过功率放大器的作用加载使叶片振动振幅增大;并产生一阶弯曲, 利用传感器及检查系统得到数据;通过应力幅, 叶片位移, 与系数的关系来处理数据。

3 试样要求及数据分析

标准试样采用某Ti AL合金材料, 试样尺寸为:L1=10 mm, L2=10 mm, L3=5 mm, L4=3.2 mm, R1=3 mm, R2=1 mm, h=3 mm, b=10 mm, 试样去注意消除表面加工缺陷同时保证光洁度达。在振动台终端对试样进行牢固固定。

试验结果分析:通过钛合金弯曲振动疲劳试验的疲劳寿命曲线分析 (图2) 可以看出。在改系统钛合金试验加载方式下, 曲线是一个连续下降型曲线, 当在106循环周期内, 曲线图形的下降趋势近似平缓。当到循环2×106次时应力迅速下降, 因此对于发动机转子叶片在该区域要注重可靠性研究。

4 结语

模拟钛合金叶片材料的工作环境下的振动失效, 具有工程应用指导意义。通过分析可以看出对叶片分析失效在循环2×106~2×107次也会产生失效, 而对于高周试验研究较少, 应加大研究。

参考文献

[1]李重河, 朱明, 王宁, 等.钛合金在飞机上的应用[J].稀有金属, 2009, 33 (1) :84-91.