钛铸件作为关键部件

一、钛铸件用作关键性构件（论文文献综述）

姚小春^[1]（2019）在《TC4钛合金表面激光气体氮化工艺及性能研究》文中指出钛合金具有优良的综合性能在航空航天、能源动力、海洋工程、武器装备及生物医学等领域得到广泛应用。现代高端装备的使用工况对材料性能提出了更高的要求,钛合金未来应用领域更为广阔,例如在各类高性能叶片如航空发动机、燃气轮机压气机的部分中温叶片基体,汽轮机制造领域的新型钛合金末级大型叶片中发挥着极其重要的作用,但服役环境对材料的耐磨性提出了较高要求。由于钛合金基体的耐磨性欠佳,某些场合下无法满足高端产品的服役工况。有效提高耐磨性是钛合金关键零部件应用于极限工况的重要技术手段,对发挥钛合金的优点及扩展应用领域具有重要的工程应用价值。激光气体氮化是当前适用于大型异形零部件最灵活、经济和有效的表面改性手段之一,具有变形小、制备周期短、组织可控、实现深层氮化、基材与氮化层的冶金结合强度高等优势。本论文以常规生产条件下实现大型钛合金叶片表面深层氮化技术需求为目标,针对大型复杂异形零部件表面氮化过程中存在的共性难题进行了相关研究。首先采用半导体激光器对钛合金平板表面进行激光气体氮化,重点研究了激光气体氮化的工艺特性。明晰工艺参数对氮化层横截面形貌、几何尺寸、氮化层表面成形特征、表面粗糙度、裂纹、组织、硬度、氮化层物相及耐磨性的影响规律,验证了激光气体氮化工艺应用于此类复杂零部件的可行性,获得了最优工艺区间。但半导体激光器光轴固定,激光器姿态无法随三维曲面曲率变化而改变,且曲率变化大于激光器焦距的调节灵敏度,表面氮化复杂异性零部件的实施难度较大。为了适应实际生产工况,设计了针对大型复杂异形零部件的光纤激光氮化系统,基于机器人控制实现了大型叶片表面氮化的工艺过程。通过上述内容研究获得了以下结论:采用半导体激光器表面氮化钛合金平板的研究结果表明:（1）纯氮气环境中激光气体氮化随基材运动速度减小氮化层横截面依次出现半球形、指状、多指状及W形四种典型形貌,这四种形貌的对流线均很明显,对流主导激光气体氮化的氮传输过程;稀释氮环境中氮化层横截面形貌与纯氮气环境中有较大差别,随氮氩比例减小对流线逐渐消失,扩散主导氮传输过程。但氮氩比例低至5%时,熔池流动行为发生突变,对流作用增强并主导氮传输过程,氮化层截面形貌转变为半球形形貌。总体而言,无论何种氮化气氛,理想的氮化层横截面形貌为半球形形貌。（2）在纯氮气环境中激光气体氮化时,随激光功率增大或运动速度与焦距两者中的一个减小,氮化层熔深和熔宽均呈增大趋势,成形系数减小;随氮气流量增大,氮化层熔深和熔宽先减小然后趋于定值,成形系数呈增大趋势;喷嘴距对氮化层几何尺寸的影响总体不大,但对表面成形质量影响很大。在稀释气体中氮氩比例在100%-18%之间减小时,氮化层熔宽基本不变,熔深先增大后减小,但氮氩比例低至5%时熔深反而增大。（3）纯氮气环境中随激光功率或气体流量增大以及运动速度或焦距减小,氮化层表面颜色由暗变亮,但热输入过大时氮化层表面变成银白色;稀释氮环境中随氮氩比例减小,氮化层表面颜色先由明亮的金黄色逐渐变暗且颜色加深后逐渐变为银白色。纯氮气环境中热输入较大时氮化层出现光滑区和粗糙区,而热输入不足时氮化层表面变粗糙;稀释氮环境中氮化层均出现光滑区和粗糙区,随氮氩比例减小光滑区出现波纹状结构,但当氮氩比例低至5%时,氮化层表面变光滑。（4）纯氮气环境中制备的单道氮化层表面产生纵向和横向裂纹,氮化层横截面上产生贯穿氮化层终止于基材的纵向裂纹,而多道搭接氮化层中不可避免的出现网状交织裂纹;稀释氮环境中随氮氩比例减小,单道和多道搭接氮化层中的裂纹减少,当氮氩比例低至5%时,由于氮化层硬度降低且氮化层组织由马氏体组成,能够完全消除单道和搭接氮化层中的裂纹。（5）在纯氮气和稀释氮环境中进行激光气体氮化,氮化层与基材均实现良好的冶金结合,氮化层组织由树枝晶和针状马氏体组成。随氮氩比例减小,氮化层中树枝晶的含量逐渐减小,针状马氏体逐渐增多,当氮氩比例降至5%时,氮化层由针状马氏体组成。纯氮气环境中氮化层硬度及氮化层由表及里的硬度梯度最大,随氮氩比例减小氮化层硬度及硬度梯度减小,由于工艺参数影响树枝晶的面积分数、树枝晶形貌、分布、尺寸以及物相从而影响氮化层硬度。（6）当激光功率为1400 W,板材运动速度在3-20mm/s范围,焦距为280-285 mm,气体流量为25-30 L/min,喷嘴距为3-5 mm,氮氩比例为5%,搭接率为38%时可获得层深大于500 um,表面硬度大于600 HV,表面成形良好,无裂纹的搭接氮化层,满足叶片技术要求。（7）激光气体氮化钛合金可使其耐磨性较基材大幅提高。对比了半导体激光器和光纤激光器的工艺特性及氮化层性能,结果表明半导体激光器的最优工艺规范也适用于光纤激光器。针对大型钛合金叶片自主设计了叶片定位夹具,并通过优化工艺,编程机器人,规划氮化路径,采用光纤激光器基于机器人控制实现了大型钛合金叶片样片的表面氮化。

陈小虎^[2]（2019）在《Cr、Nb和Zr离子注入TC18钛合金表面结构及性能研究》文中认为新型高强度TC18钛合金作为飞机关键部件的首选材料,能够有效减重,提高飞机机动性。但其表面易磨损,在海洋性气氛等恶劣环境发生腐蚀,加之其在交变载荷作用下的疲劳性能对表面缺陷和损伤敏感性高,这些均严重影响此类航空部件的服役寿命。本论文采用不同原子半径的Ti置换固溶元素Cr、Nb和Zr对TC18钛合金表面进行离子注入改性,以期提高TC18钛合金的表面综合性能。在改善钛合金耐磨损性能同时,亦探究三种金属离子注入对TC18钛合金抗疲劳性能和耐腐蚀性能的影响规律和机理,为今后离子注入技术在新型高强度TC18钛合金表面改性的工程应用中提供实验数据和理论依据。首先采用SEM、XPS、TEM、XRD、三维形貌测量仪等一系列分析测试方法系统地研究MEVVA离子注入对钛合金表面形貌特征、注入层化学元素分布以及表层微观组织结构的影响。然后研究1.0×1016ions/cm2、5.0×1016ions/cm2和1.0×1017ions/cm2剂量下Cr、Nb和Zr单独离子注入对TC18钛合金摩擦磨损行为、腐蚀行为和疲劳行为的影响规律,最后结合XPS、TEM和XRD等表层状态分析结果,探索离子注入参数、钛合金表层合金元素分布及组织结构、钛合金性能三者之间的关系,揭示不同合金元素离子注入对基体抗磨损性能、耐腐蚀性能和抗疲劳性能的影响规律和作用机理。研究发现,注入层中Cr、Nb和Zr元素的深度和浓度直接影响固溶强化的强弱,表面层平均位错密度和平均晶粒尺寸分别直接决定位错强化和细晶强化效果。基于XPS研究可知,随着注入剂量增加,Cr和Zr在注入层中的含量逐渐增加,二者固溶强化效果呈现上升趋势;Nb在注入层中含量则先增加后减小,其固溶强化和弥散强化综合效果呈先上升后下降的趋势。基于全谱拟合和Rietveld精修理论,对注入后样品表层相结构、平均晶粒尺寸、微应变和平均位错密度研究发现,随着注入剂量增加,Cr注入层中α相的平均晶粒尺寸先增加后减少,平均位错密度先减小后增加;Nb注入层中两相的平均晶粒尺寸先减小后增加,平均位错密度先增加后减少;Zr注入层中表层α相的平均位错密度随剂量先减少后增加,平均位错密度先增加后减少。TEM研究发现,由于高能离子的轰击,高剂量Cr和Zr注入表层形成不同厚度的非晶和纳米晶混合结构,内层为多晶结构;Nb注入表层形成完整的非晶层,内层为多晶体结构。TC18钛合金的磨损性能与注入表层中合金元素的固溶强化和弥散相强化效果、表面微观结构有直接的关系。Cr和Zr注入后,钛合金注入层的主要强化机制为固溶强化、位错强化和细晶强化。Nb注入层的主要强化机制为弥散强化、固溶强化、位错强化和细晶强化。其中,Nb注入对基体表层的综合强化效果最好,Zr注入次之,Cr注入最差。研究还发现,Cr、Nb和Zr注入层中强化因素的综合作用效果会随着注入剂量增加发生改变。随着注入剂量增加,Cr注入表层综合强化效果逐渐增大,Nb和Zr注入综合强化效果先增加后减小。所有注入剂量中,Cr和Zr注入剂量分别为1.0×1017ions/cm2和1.0×1016ions/cm2时,固溶强化、位错强化和细晶强化综合作用效果最强,二者注入后钛合金的表面硬度值最高,抗磨损性能最优;Nb注入剂量为5.0×1016ions/cm2时,其固溶强化、弥散强化、位错强化和细晶强化效果最佳,对基体的硬度和抗磨损性能的提高效果最明显。注入层的氧化膜厚度和结构、在腐蚀液中钝化膜的性能、缺陷密度以及晶界数量是影响TC18钛合金的腐蚀性能的主要因素。结合位错和晶界等缺陷的损伤影响规律分析发现,三种剂量Cr、Nb、Zr注入后,注入层更稳定、致密钝化膜层的保护效果大于晶界和位错等缺陷的损伤作用,TC18钛合金在3.5%Na Cl溶液中的耐腐蚀性能均得到不同程度地提高。电化学测试分析发现,Zr注入后试样的耐腐蚀性能最好,Nb注入试样次之,Cr试样最差。随着注入剂量增加,三种合金元素注入试样的耐腐蚀能力变化规律不同,Cr和Nb注入试样的耐腐蚀能力先减小后增加,Zr注入试样的耐腐蚀能力逐渐增加。另外,基于XPS分析可知,不同剂量合金元素注入后,表面形成的氧化膜厚度和组成不同。随着注入剂量的增加,Cr和Zr注入层表面氧化膜厚度先减小后增加,Nb注入层表面氧化膜厚度在一定剂量后开始减小。基于交流阻抗拟合研究发现,不同剂量Cr、Nb和Zr离子注入后TC18钛合金在电化学反应过程中均形成了两层保护性钝化膜,但膜层的性能和保护作用不同。Cr和Nb最表层钝化膜的电荷传递转移电阻显着增大,对基体起到主要保护作用;Zr注入时,底层的钝化膜电荷转移电阻明显升高,起到主要保护作用。其中,Cr、Nb和Zr注入剂量分别为1.0×1017ions/cm2、1.0×1016ions/cm2和1.0×1017ions/cm2时,其氧化膜厚度和钝化膜电荷转移电阻最大,综合保护作用最好,对基体耐腐蚀性能提高最明显。TC18钛合金的疲劳性能的主要影响因素有:表面形貌、固溶强化和弥散强化效果、残余应力、位错密度和晶粒尺寸等。综合不同金属元素注入层强化因素、残余应力和缺口敏感系数随剂量变化规律分析发现,由于表层强化因素和残余压应力的改善作用高于粗糙度因素损伤作用,高剂量Zr离子注入可以显着地提高基体在低载荷下的中值疲劳寿命,对TC18钛合金的抗疲劳性能改善效果最好;高剂量Cr离子注入对基体在低载荷下的中值疲劳寿命提高效果不明显,甚至在低剂量下,由注入层强化因素改善作用弱于粗糙度和残余拉应力因素的损伤作用,Cr离子注入后基体疲劳性能有一定程度地降低;Nb离子注入后,由于表面层强化因素和残余压应力的改善作用明显弱于缺口敏感系数的损伤作用,对TC18钛合金的中值疲劳寿命降低程度最大。另外,基于Arola–Ramulu模型,对注入后表面粗糙度变化引起的应力集中因子和相关的疲劳应力集中因素定量分析发现,Cr和Nb离子注入后钛合金的有效疲劳应力集中因素不同程度地增加,对疲劳性能造成损伤效果。随着注入剂量增加,Cr注入试样的表面缺口敏感系数先减小后增加,Nb注入试样的缺口敏感系数先增加后减小。Zr离子注入对TC18钛合金的有效疲劳应力集中因素影响较小。

王金海,张伟,李晶磊^[3]（2012）在《框架式钛合金铸件加工技术》文中认为对某机型ZTC4钛合金铸件的工艺性进行了分析,介绍钛合金铸件工艺流程,阐述了超大类钛合金铸件的加工方法。总结了钛合金铸件加工的工艺资料。

韩超^[4]（2012）在《生物医用钛基复合材料的研究》文中研究表明由于钛和钛合金具有良好的机械性能、生物相容性和耐蚀性,因而被广泛的应用于骨组织工程的承重支架。然而,固态的钛及钛合金要比人的骨骼坚硬得多,而且不能提供新的骨组织生长能力和血管形成的空间,这会导致植入管疏松以至最后的失败。据不完全统计,大约百分之二十到二十五接受骨科移植手术的患者都需要再做一次修正手术。解决这个问题的办法就是使植入骨骼的结构和机械性能与人身体上的骨骼相匹配。然而,当孔隙率增加到能够满足自然骨骼要求并且能够使新的骨组织生长和血管形成的时候,多孔纯钛的强度随着孔隙率的提高,迅速的降低,并且强度远低于自然骨骼。因此,增强钛及其合金的强度以保证提供合格的刚度,并且在使用多孔结构时拥有足够的强度就显得尤为重要了。高孔隙率的多孔纯钛在植入材料领域是很有发展前景的。由于具有低廉的价格及各向异性的特点,颗粒增强型金属基复合材料获得了越来越多的关注。提高金属及金属基多孔材料的强度可以通过基体增强相来实现。例如,将细小的陶瓷颗粒或者合金元素通过粉末冶金的方法加入到基体粉末中。增强相颗粒的大小、形状以及含量将影响材料的弹性模量、强度、断裂韧性和屈服强度。在本次研究中我们选择了SiO2/ZrO2/Nb2O5三种具有良好生物相容性的氧化物颗粒来制备钛基复合材料,以保证样品具有良好的生物相容性和机械性能。钛基复合材料采用粉末冶金的方法制备出来。我们通过X射线衍射分析、金相显微镜、扫描电子显微镜和机械性能测试研究了成分组成和烧结温度对钛基复合材料机械性能和生物相容性的影响。密度测试的结果表明,随着烧结温度的提高,材料的致密度均有所提高。机械性能测试的结果表明加入氧化物后,钛基复合材料的强度相对于纯钛均有了显着的提高,同时还保持了良好的塑性。加入量为2%SiO2并且烧结温度在1100℃的样品的屈服强度达到1566MPa并且极限应变也有15.96%。加入量为4%ZrO2并且烧结温度在1100℃的样品的屈服强度达到1280MPa并且极限应变也有24.13%。加入量为2%Nb2O5并且烧结温度在1100℃的样品的屈服强度达到1494MPa并且极限应变也有16.44%。生物相容性实验的结果表明此次研究的钛基复合材料均具有良好的生物相容性和细胞粘附性。类成骨细胞在钛基复合材料上的生长和繁殖情况均好于纯钛本课题证明了SiO2/ZrO2/Nb2O5颗粒增强型钛基复合材料在骨组织植入材料领域是一种很有发展前景的材料。

黄嘉琥^[5]（1996）在《容器用钛的性能要求》文中研究说明1 容器用钛的概念钛材的应用很广泛,主要用于两方面:一方面为航空、航天、航海,主要利用钛材低的相对密度及高的比强度,一般称为军用;另一方面为化工过程设备,主要利用钛材优良的耐蚀性能,一般称为民用.民用钛材有3/4用于容器（包括换热器）,军用钛材也有少量用于容器.我国绝大部分钛材属民用,此处的容器用钛也主要讨论民用.尽管绝大部分容器都用钢制,钛制容器仅占容器量的很小

孟佩弦^[6]（1979）在《土星结构材料》文中提出 一、概况 1.土星Ⅰ第一级是由9个贮箱组合而成。采用的材料均为5456-H343铝合金。中央贮箱的直径为105时,周围8个贮箱的直径分别为70时,四个内箱和中央贮箱都装载液氧,四个外箱装载煤油（RP-1）。第一级有8台H-1发动机,总推力为1.5百万磅。第二级（S-Ⅳ）为氢氧级,装有6台RL-10发动机（普拉特·惠特尼公司研制）,设计推力为9万磅。贮箱直径约18尺,长41尺,结构材料采用2014-T6铝合金。

二、钛铸件用作关键性构件（论文开题报告）

（1）论文研究背景及目的

此处内容要求：

首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。

写法范例：

本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。

（2）本文研究方法

调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。

观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。

实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。

文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。

实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。

定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。

定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。

跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。

功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。

模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。

三、钛铸件用作关键性构件（论文提纲范文）

（1）TC4钛合金表面激光气体氮化工艺及性能研究（论文提纲范文）

（2）Cr、Nb和Zr离子注入TC18钛合金表面结构及性能研究（论文提纲范文）

（3）框架式钛合金铸件加工技术（论文提纲范文）

（4）生物医用钛基复合材料的研究（论文提纲范文）

四、钛铸件用作关键性构件（论文参考文献）

• [1]TC4钛合金表面激光气体氮化工艺及性能研究[D]. 姚小春. 兰州理工大学, 2019(09)
• [2]Cr、Nb和Zr离子注入TC18钛合金表面结构及性能研究[D]. 陈小虎. 南京航空航天大学, 2019(01)
• [3]框架式钛合金铸件加工技术[J]. 王金海,张伟,李晶磊. 工具技术, 2012(05)
• [4]生物医用钛基复合材料的研究[D]. 韩超. 昆明理工大学, 2012(12)
• [5]容器用钛的性能要求[J]. 黄嘉琥. 钛工业进展, 1996(02)
• [6]土星结构材料[J]. 孟佩弦. 国外导弹技术, 1979(02)

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