TB8钛合金热成形包铁性能及阳极氧化工艺研究

发布时间：2017-10-13 11:38

  本文关键词：TB8钛合金热成形包铁性能及阳极氧化工艺研究

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【摘要】：前缘包铁的作用是保护直升机复合材料桨叶,提高其抗砂石和抗冲击能力。包铁与复合材料桨叶进行粘结装配时,包铁的选材及表面处理工艺直接影响到复合材料桨叶胶结的持久性。TB8钛合金比强度高、耐腐蚀性好、与复合材料有良好的相容性,是复合材料桨叶包铁材料的理想选择。本文以TB8钛合金热成形包铁及其阳极氧化处理为研究对象,对比分析了TB8钛合金热成形包铁与不锈钢包铁的残余应力,采用激光焊接将TB8钛合金包铁进行对接,对TB8钛合金进行阳极氧化表面处理,以提高其粘结性能,并分析阳极氧化对其疲劳性能的影响。采用小孔法对TB8钛合金热成形包铁与不锈钢包铁的残余应力进行测试,TB8钛合金热成形包铁残余应力的最大值比不锈钢包铁的小,并且TB8钛合金包铁残余应力分布的均匀性比304不锈钢好。对TB8钛合金进行不同工艺参数激光焊接试验,试验结果表明TB8钛合金具有很好的焊接性能,将TB8钛合金热成形包铁进行激光对接,从而满足了实际应用所需的尺寸,达到包铁分段成形的工艺要求。研究了不同厚度TB8钛合金阳极氧化膜的粘结性能与表面形貌、相组成、润湿性及粗糙度的关系。阳极氧化处理后,TB8钛合金表面形成一层1~4μm厚的阳极氧化膜,氧化膜表面具有微纳多孔的粗糙结构,同时具有较高的润湿性,阳极氧化膜主要由金红石型和锐钛型TiO2混合晶体组成。当氧化膜厚度为3μm时,可获得最大粘结强度为19.6 MPa,相对于母材提高了88.5%,同时,水接触角为43.2°,相对于其母材减少了56.1%,粗糙度为2.14μm,相对于母材提高了137.8%。对TB8钛合金薄板母材及经过阳极氧化处理的试样进行疲劳性能测试对比,研究了以酒石酸钠为成膜剂的TB8钛合金薄板阳极氧化疲劳断裂机理。阳极氧化处理,有效去除了表面缺陷,降低了裂纹源的萌生及疲劳裂纹的扩展速率,使疲劳条纹更加均匀细致,在疲劳寿命为1×10~5次下,疲劳强度相对于母材平均提高了44%左右。
【关键词】：TB8钛合金 桨叶包铁 残余应力 激光焊接 阳极氧化 粘结性能 疲劳性能
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V261
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 直升机复合材料桨叶包铁的性能要求14-15
• 1.2 TB8钛合金及板材热成形工艺15-17
• 1.2.1 TB8钛合金特点及应用15-16
• 1.2.2 钛合金板材成形工艺16-17
• 1.3 残余应力对结构件性能的影响17-19
• 1.4 钛合金焊接技术19-20
• 1.5 钛合金胶接表面处理方法20-21
• 1.6 阳极氧化表面处理工艺21-23
• 1.7 表面处理对疲劳性能的影响23-24
• 1.8 主要研究内容与方法24-26
• 第二章 TB8钛合金与不锈钢包铁残余应力对比分析26-36
• 2.1 试验材料的准备26-28
• 2.2 小孔法测试残余应力试验原理28-29
• 2.3 残余应力测试设备29-30
• 2.4 包铁残余应力测试30-32
• 2.5 包铁残余应力试验结果分析32-36
• 第三章 TB8钛合金热成形包铁激光焊接试验36-42
• 3.1 激光焊接试验设备36-37
• 3.2 焊前处理37
• 3.3 TB8钛合金激光对接试验37-39
• 3.4 包铁激光焊接工艺试验39-42
• 3.4.1 包铁焊接夹具设计39-40
• 3.4.2 包铁激光焊接40-41
• 3.4.3 包铁激光焊接结果分析41-42
• 第四章 阳极氧化膜厚度对TB8钛合金粘接性能的影响42-52
• 4.1 试验方法42-44
• 4.1.1 阳极氧化膜的制备42
• 4.1.2 剪切强度测试42-43
• 4.1.3 阳极氧化膜的表征方法43-44
• 4.2 阳极氧化的电流时间变化44-45
• 4.3 不同厚度阳极氧化膜形貌45-46
• 4.4 阳极氧化膜的相组成及成分46-47
• 4.5 粘结性能47-48
• 4.6 阳极氧化膜对水的润湿性能48-49
• 4.7 阳极氧化膜的粗糙度49-52
• 第五章 阳极氧化处理对TB8钛合金薄板疲劳性能的影响52-60
• 5.1 试样的制备与试验方法52-53
• 5.1.1 试样的制备52-53
• 5.1.2 试验方法53
• 5.2 阳极氧化膜的形貌53-54
• 5.3 阳极氧化膜的相组成及成分54-56
• 5.4 阳极氧化对拉伸性能的影响56
• 5.5 阳极氧化对疲劳性能的影响56-58
• 5.6 疲劳断口形貌分析58-60
• 5.6.1 典型疲劳源附近断口形貌58-59
• 5.6.2 典型疲劳扩展区及瞬断区形貌59-60
• 第六章 总结与展望60-62
• 6.1 总结60
• 6.2 展望60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 攻读硕士期间发表的论文67

【参考文献】

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本文编号：1024682