激光熔覆TC4钛合金的力学性能研究

发布时间：2020-11-19 21:41

　　 TC4钛合金是航空发动机风扇叶片和压气机叶片的主要制造材料,叶片在工作中,有时会受吸入外物的撞击而受损。对受损的TC4钛合金零部件必须进行及时更换或修复,更换新部件成本高,对受损零部件进行修复是比较经济的做法。目前,激光熔覆作为一种先进的修复技术,在航空维修领域得到了广泛的应用。但是,修复区域的性能决定了修复后零部件重新装机后的可靠性和安全性。因此,对激光熔覆TC4钛合金的力学性能进行研究具有重要意义。论文的主要工作如下:首先对激光熔覆的TC4材料进行准静态拉伸试验,从断后伸长率、断面收缩率等力学数据进行分析,并结合拉伸前后的微观组织,对比了材料两个方向的力学性能,发现存在准静态力学性能的差异。同时,与TC4基材的力学性能标准对比,结果表明激光熔覆TC4钛合金在准静态下的力学性能高于TC4基材。其次,对激光熔覆材料进行动态压缩试验,得到了不同应变率下的应力-应变关系。对不同应变率下的试样进行一系列的微观组织试验,揭示了不同应变率下的组织演变机理和组织变化对力学性能的影响。另外,对缺口的TC4基材试样、缺口的熔覆层试样、基材与熔覆层结合区、TC4基材均进行动态压缩试验,对各种状态下的力学数据和微观组织进行对比分析,发现缺口会影响材料承载外力冲击能力。最后,利用准静态和动态试验数据,建立了激光熔覆TC4钛合金的本构模型,并利用ABAQUS软件进行了数值模拟,得到的模拟结果与试验结果能较好地吻合,证明了本构模型的有效性。
【学位单位】：中国民航大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG146.23;TG665
【部分图文】：

1 研究意义TC4 钛合金是一种高强度、耐高温、塑性好、抗腐蚀抗冲击性能优良的钛合金，业制造、航天、航空等领域都有广泛的应用。目前 TC4 钛合金已经成为制造航空发风扇叶片及压气机叶片的主要使用材料，制造的 TC4 钛合金零部件能够较好的承受高压的恶劣环境。但是当航空发动机工作时，由于发动机拥有巨大的吸力，外物石，飞鸟,工具等)经常被吸入发动机（Foreign Object Damage，简称 FOD），被吸外物会对风扇叶片和压气机叶片进行高速载荷冲击。飞机发动机的叶片在 FOD 的下经常会出现缺损、破裂、凹坑等缺陷，外物入侵示意过程如图 1-1 所示。发动机叶片的这些损伤不仅会降低发动机的性能，严重时还会影响到飞机的飞行。这使得对受损叶片进行及时的更换或修复具有重要的意义，更换新叶片将极大增济成本，同时对一些受损不严重的叶片进行废弃也不科学环保。因此，对受损叶片高质的修复是比较经济合理的，既能保证飞行安全，又节省了维修成本。Fan Blade

修复层与基材材料主要是以机械结合为主，对于修复有一定有局限性。因此有必要应用新的修复技术，或采用新的能量高修复效率。熔覆修复技术是一种融合激光、焊接、冶金等多种技术于一体的新兴技术能量激光束，将送粉器送出的材料粉末快速融化，在基材上在激光熔覆过程中，可以通过 CCD 来监测激光熔池，从而的能量，以最佳的激光工艺获得熔覆层，如图 1-2 所示。当熔覆层时，可以通过设置搭接率和层与层的间距来实现。激式，除了用送粉器对材料粉末进行同步送粉，还可以预先铺于预置铺粉能够提高熔覆质量，减小热影响区，较好的控制复杂的零件[19,20]。

图 2-1 棒状试件取样图2.1.2 试样设计科学合理的设计试件尺寸对测试激光熔覆 TC4 钛合金的力学性能至关重要，否则些其他的外在因素将会对试验的测试结果产生影响。为了保证拉伸试件设计的科学理，本文参考静态拉伸试件的尺寸设计相关标准，设计的试样尺寸如图 2-2 所示。将覆样块上取出的圆柱样进行车削加工，尽量保证尺寸的精度和表面的粗糙度。
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本文编号：2890478