钛合金Ti6AL4V铣削加工的稳定性

针对钛合金工艺性能差的问题,以钛合金Ti6AL4V为研究对象,通过模态实验和铣削力实验,分别测得特定刀具和工件系统的模态参数和铣削力系数。利用在不同切削参数下测得的切削力,应用完全平均和峰值平均两种算法,计算模型的切削力系数。以铣削动力学模型分析为基础,建立颤振稳定性边界曲线,获取无颤振高性能加工工艺参数。该研究可以为航空发动机叶轮叶片铣削加工工艺的优化,提供完善的理论依据。     

钛合金Ti6Al4V铣削加工中切削力的三维数值模拟

结合航空钛合金立铣加工的实际情况,提出了主、副切削刃同时进行切削的螺旋齿双刃切削有限元模型,进而利用该模型对航空钛合金Ti6A l4V进行了铣削加工切削力的三维数值模拟研究,得到了铣削过程中切削力的变化曲线和数值,揭示了铣削过程一个周期内切削力的变化规律.通过铣削力实验测得了相同切削条件下的切削力,实验结果与有限元模拟结果较为一致,证明所建立的有限元模型是正确的,可用于预报铣削力值.切削力三维数值模拟的研究为钛合金这种难加工材料切削加工工艺参数优化、刀具的合理选择及其优化设计奠定了基础,同时也为进一步有效控制钛合金航空薄壁零件因切削力作用引起的加工变形提供了新的研究手段.     

Ti6Al4V钛合金微弧氧化工艺研究

采用直流稳压电源,选用3种不同PH值的碱性微弧氧化电解液,在Ti6Al4V钛合金表面制备微弧氧化膜层;应用扫描电子显微镜分析微弧氧化膜层形貌特征。结果表明,钛合金微弧氧化膜层表面凹凸不平,带有微米级和亚微米级的孔洞,孔洞周围呈现火山丘状形貌特征;微弧氧化电解液PH值越大,火花放电时间越长;在给定电压条件下,电解液PH值越大,微弧氧化膜层厚度越大。     

用AR模型分析铣削加工过程的稳定性

以时间序列与系统分析理论为基础，通过建立实测铣削信号的ＡＲ（ｎ）自回归系统模型，系统研究了铣削过程中振动能量与切削状态的关系以及各振动模态的阻尼变化与初削状态的定关系。试验分析表明：在不同的切削状态下，铣削振动系统总的振动能量基本上保持不变；而铣削振动系统的结构薄弱模态所占有的能量和振动阻尼则随系统切削状态变化而波动较大，且有突发现象。两者皆可以作为定量分析和识别铣削加工过程稳定性的重要特征量。     

约束阻尼系统的稳定性研究

假设陀螺力、Ｒａｙｌｅｉｇｈ阻尼和有势力分别依赖于某些参数,用瑞利商考察这些参数的变化如何影响约束阻尼系统稳定性。三个新定理表明,陀螺力、Ｒａｙｌｅｉｇｈ阻尼和有势力对约束阻尼系统的作用与非约束阻尼系统相比有本质不同：１）足够大的陀螺力既可以使约束阻尼系统渐近稳定,也可能使约束阻尼系统失稳,其作用效果取决于陀螺力矩阵和约束阻尼矩阵的性质;２）Ｒａｙｌｅｉｇｈ阻尼过小会使约束阻尼系统失稳,而大Ｒａｙｌｅｉｇｈ阻尼对系统稳定性的影响取决于Ｐｏｉｎｃａｒｅ稳定系数的符号;３）有势力的大小会影响系统的稳定性。     

提高Ti6Al4V耐磨性的热氧化工艺

针对钛合金具有耐磨性差等缺点,提出了钛合金热氧化处理工艺.选择Ti6Al4V合金在850℃下进行氧化/真空扩散处理,同时作为对比进行了长时间的直接氧化处理.研究结果表明:氧化时间和真空扩散是影响氧化层性质的关键因素,氧化时间达90 min时氧化层的致密性遭到破坏,氧化780 min时氧化层自动剥落;经过真空扩散处理可促进氧向基体内扩散,从而使氧化层中的TiO2转变为TiO,同时氧渗入基体中强化了表面层,二者共同作用改善了钛合金表面的摩擦性能,提高了钛合金的耐磨性;试样在850℃氧化45 min然后真空扩散12 h后,其强化层达到约200μm,且耐磨能力最强.     

油膜轴承稳定性系统阻尼试验研究

运用模态分离的概念,通过求自由振动位移响应的对数衰减率而得到转子轴承系统的最低一、二阶模态的模态阻尼,亦称系统阻尼.这种测试技术已成功地用于不同类型轴承支撑下的转子轴承系统的稳定性研究.     

Ti6Al4V钛合金脉冲激光抛光微裂纹产生机理与尺寸特征研究

为研究脉冲激光抛光过程中微裂纹产生机理及抛光主要参数对微裂纹尺寸特征的影响规律,建立了脉冲激光抛光温度场与应力场的有限元计算模型。在有限元模型建立过程中,采用温度场与应力场的顺序耦合方式,考虑了相变潜热和随温度显著变化的材料参数,得到了温度场与应力场在时间上和空间上的变化规律。通过温度场、应力场以及Ti6Al4V钛合金的凝固过程分析,揭示了Ti6Al4V钛合金激光抛光过程中微裂纹产生机理与尺寸特征规律。通过脉冲激光抛光实验验证有限元计算模型的有效性,结果表明:Ti6Al4V钛合金激光抛光微裂纹产生于Ti6Al4V钛合金的凝固时刻,微裂纹的宽度决定于Ti6Al4V钛合金凝固时刻热应力引起的塑性变形,微裂纹的深度决定于Ti6Al4V钛合金激光抛光熔池深度;激光功率是微裂纹尺寸特征的主要影响因素,激光功率增大时微裂纹宽度及深度均显著增大;在脉冲激光抛光中可通过外加预热的方式减缓熔融态金属的冷却速度,以减小抛光后的表面裂纹,有效减小微裂纹尺寸特征。     

Ti6Al4V钛合金在粘着作用影响下微动磨损的微裂特征

采用SRV微动磨损试验机进行Ti6Al4V钛合金与摩擦副GCr15钢的微动磨损试验,通过分析摩擦系数曲线和截面形貌,探讨了Ti6Al4V钛合金在粘着作用影响下微裂纹的成核与扩展,并探讨了微动磨损的主要磨损机理.结果表明:Ti6Al4V钛合金的截面形貌中发现摩擦转化层(tribologically transformed structure,TTS),微裂纹在TTS中形成,裂纹中的疲劳剥落碎片有助于裂纹的开裂,微动磨损机理主要以疲劳脱层为主.     

Ti6Al4V—DLC系梯度材料的设计

为了提高钛合金（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）基体和类金刚石薄膜（ＤＬＣ）之间的附着强度,采用有限元分析法对ＴｉＡｌ４Ｖ－ＤＬＣ系生物梯度材料进行了热应力缓和设计,对不同参数对热应力分布的影响进行了分析,计算结果表明对Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ－ＤＬＣ系生物梯度材料,最优热应力缓和参数如下：体积分布系数 ｎ＝ １． ８;梯度层层数 Ｎ＝ １０．     

Ti6Al4V合金的纳米硬度载荷依赖性实验研究

采用原位纳米测试系统对氮离子注入前后的Ti6Al4V合金试样进行纳米压痕实验,研究材料纳米硬度的载荷相关性和尺寸效应,及其在纳米尺度下材料的塑性变形过程。结果表明:纳米硬度具有明显的载荷相关性,在临界载荷Fc以下,随着载荷的增加纳米硬度呈线性增加;在临界载荷Fc以上,随着载荷的增加纳米硬度呈非线性减小,并稳定在一个值上。此外,纳米硬度随着压入深度的增加而减小,并且Ti6Al4V合金的纳米硬度极限载荷FH和稳定纳米硬度Hs分别为550μN和5.6GPa,而经过氮离子注入后的Ti6Al4V合金的纳米硬度极限载荷FH和稳定纳米硬度Hs分别提高到700μN和6.7 GPa。     

挤压速度对Ti6Al4V钛合金等通道转直角挤压过程 影响的数值模拟

采用Deform-3D有限元软件,对样品初始温度为900℃的Ti6Al4V钛合金等通道转直角挤压在0~5 mm/s的下压速度范围内进行了数值模拟。模拟计算结果表明：在相同的挤压速度下,试样通过转角后的温度降低速率减小;挤压速度越大,挤压过程所需的荷载越低,应变累积越小,等效应力越低,应力集中现象越少,挤压过程中试样的温降越小;本研究条件下,挤压速度值选定为5 mm/s。     

Ti-6Al-4V合金置氢动力学与氢分布规律

通过Ti-6Al-4V合金750℃条件下的置氢实验,分析了置氢过程的动力学规律,利用光学金相显微镜和二次离子质谱仪研究了保温时间对氢分布的影响规律.结果显示,Ti-6Al-4V合金置氢动力学遵循二维扩散机制,满足Valensi方程g(α)=α+(1-α)ln(1-α),氢在试样径向方向的二维扩散是置氢反应的控制步骤.置氢保温时间大于60min时,氢压趋于稳定,氢在试样径向方向的二维扩散停止,试样中心的微观组织和氢离子强度与边缘的相一致,氢均匀分布于试样当中.     

微弧氧化时间对Ti6Al4V合金表面生物薄膜的影响

为了改善钛合金表面的生物学性能,试验采用微弧氧化的方法在Ti6A l4V合金的表面生成一层富含Ca和P的生物氧化薄膜.研究了在恒流模式下不同氧化时间对膜层的形貌、厚度、元素以及相的组成变化的影响.研究结果表明:随着氧化时间的增加,膜层逐渐变得凹凸不平;膜厚的增速变缓;Ca质量分数呈线性增长;P质量分数呈递减式增长;锐钛矿TiO2的相对含量先增长,然后逐渐减少.     

Increased osteoblast adhesion on nanophase Ti6Al4V

The objective of the present study was to prepare a novel nanostructured surface of Ti6Al4V alloy by the severe plastic deformation （SPD） and the chemical treatment process and to evaluate the adhesion of osteoblast on the nanophase titanium alloy. In the in vitro study, the primary cultured osteoblasts of neonatal rat calvaria were cultured on the nanophase and the as-received smooth Ti6AI4V substrates. Then osteoblasts adhesion behaviors on different substrates were observed by the fluorescence microscopy, scanning electron microscopy （SEM） and RT-PCR analysis. The results of our research showed increased osteoblast adhesion on the nanophase titanium alloy compared with the as-received case. On the nanophase substrate, the presence of extensive filopodia, strong cellular adhesion and early cellular confluency could be observed. In addition, the expression of the adhesion-related integrin β1 mRNA was also higher on the nanophase substrate. It suggested that the nano technology could be further considered for orthopedic implant applications.     

激光表面纹理加工Ti6Al4V空蚀的形貌特征

为提高钛合金的抗空蚀性能,采用激光对Ti6Al4V合金进行表面纹理加工.采用维氏显微硬度计对试样的横截面硬度进行表征,采用磁致伸缩超声振动仪对试样的抗空蚀特性进行测试,采用扫描电子显微镜对试样空蚀形貌进行观测.结果表明,经激光表面纹理加工后,试样的表层硬度均得到明显提高.直线纹理试样空蚀的形貌特征为纹理突起处呈海绵状,网格纹理试样空蚀的形貌特征为纹理突起处出现针孔和疲劳裂纹及由脆性断裂引起材料剥离脱落产生的空蚀坑,状点纹理试样表面仅出现麻点状空蚀特征.各种纹理的凹陷处均无明显的空蚀特征,抗空蚀性能均得到明显增强.     

Ti6Al4V表面喷涂钛/玻璃生物涂层形貌特征研究

采用亚音速火焰喷涂方法,在钛合金基体表面制备了钛及钛/玻璃生物涂层,并进行了700℃晶化处理.用SEM和AES观察不同成分及晶化处理前后涂层表面形貌及成分.试验表明:喷涂过程中,高速熔融的钛粉粒子撞击表面能很快润湿铺展,粒子高速飞行易产生大量二次溅射粒子.添加生物玻璃表面润湿性较差,但涂层内贯穿性裂纹减少.晶化处理后发现,添加生物玻璃涂层表面及裂纹缝隙内有长约1μm、宽度为50~100nm的细棒状晶体析出,形成交错搭接网架结构,增加涂层生物活性,裂纹处晶体析出起到了愈合裂纹,阻断基体材料有毒物质钒融入生体通路的作用.     

A brief introduction to the selective laser melting of Ti6Al4V powders by supreme-speed plasma rotating electrode process

In the present study,Ti6A14V spherical powders were prepared by supreme-speed plasma rotating electrode process and the particle size fit log-normal distribution.The average diameter of the powders was successfully determined by a model developed in this work,suggesting that the particle size distribution is mainly affected by the rotating speed.The log-normal distribution factor of the particle size distribution maintains stable as the rotating speed ω varies.The particle size distribution indicates that the main atomization mode of Ti6Al4V under supreme-speed plasma rotating electrode process is of the characteristics of direct drop formation.The mechanical properties of the samples prepared by selective laser melting of Ti6A14V powders were characterized,indicating that such Ti6Al4V samples with isotropy structure exhibit high yield strength and good ductility.     

基于平均切削厚度钛合金TC4铣削机理

选用航空领域应用最广泛的钛合金TC4,基于平均切削厚度进行大量铣削试验,通过切削温度、切削力、切削振动、切屑变形等方面研究其铣削机理.试验结果表明,平均切削厚度是影响铣削性能的重要参数;保持平均切削厚度不变,在一定范围内调整径向切削深度和每齿进给,不论是切削温度、切削力还是振动变化都很小,可以认为具有相同的切削效果.同时,还归纳出不同铣削速度段下切削温度随平均切削厚度的变化规律及切屑变形的特性,并指出选择合适的平均切削厚度进行铣削加工TC4,不仅可以提高刀具耐用度而且可以改善加工表面质量.