TC4鈦合金是航空發(fā)動機風(fēng)扇葉片和壓氣機葉片的主要制造材料,葉片在工作中,有時會受吸入外物的撞擊而受損。對受損的TC4鈦合金零部件必須進行及時更換或修復(fù),更換新部件成本高,對受損零部件進行修復(fù)是比較經(jīng)濟的做法。目前,激光熔覆作為一種先進的修復(fù)技術(shù),在航空維修領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是,修復(fù)區(qū)域的性能決定了修復(fù)后零部件重新裝機后的可靠性和安全性。因此,對激光熔覆TC4鈦合金的力學(xué)性能進行研究具有重要意義。論文的主要工作如下:首先對激光熔覆的TC4材料進行準(zhǔn)靜態(tài)拉伸試驗,從斷后伸長率、斷面收縮率等力學(xué)數(shù)據(jù)進行分析,并結(jié)合拉伸前后的微觀組織,對比了材料兩個方向的力學(xué)性能,發(fā)現(xiàn)存在準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能的差異。同時,與TC4基材的力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)對比,結(jié)果表明激光熔覆TC4鈦合金在準(zhǔn)靜態(tài)下的力學(xué)性能高于TC4基材。其次,對激光熔覆材料進行動態(tài)壓縮試驗,得到了不同應(yīng)變率下的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。對不同應(yīng)變率下的試樣進行一系列的微觀組織試驗,揭示了不同應(yīng)變率下的組織演變機理和組織變化對力學(xué)性能的影響。另外,對缺口的TC4基材試樣、缺口的熔覆層試樣、基材與熔覆層結(jié)合區(qū)、TC4基材均進行動態(tài)壓縮試驗,對各種狀態(tài)下的力學(xué)數(shù)據(jù)和微觀組織進行對比分析,發(fā)現(xiàn)缺口會影響材料承載外力沖擊能力。最后,利用準(zhǔn)靜態(tài)和動態(tài)試驗數(shù)據(jù),建立了激光熔覆TC4鈦合金的本構(gòu)模型,并利用ABAQUS軟件進行了數(shù)值模擬,得到的模擬結(jié)果與試驗結(jié)果能較好地吻合,證明了本構(gòu)模型的有效性。
【學(xué)位單位】：中國民航大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG146.23;TG665
【部分圖文】：

1 研究意義TC4 鈦合金是一種高強度、耐高溫、塑性好、抗腐蝕抗沖擊性能優(yōu)良的鈦合金，業(yè)制造、航天、航空等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。目前 TC4 鈦合金已經(jīng)成為制造航空發(fā)風(fēng)扇葉片及壓氣機葉片的主要使用材料，制造的 TC4 鈦合金零部件能夠較好的承受高壓的惡劣環(huán)境。但是當(dāng)航空發(fā)動機工作時，由于發(fā)動機擁有巨大的吸力，外物石，飛鳥,工具等)經(jīng)常被吸入發(fā)動機（Foreign Object Damage，簡稱 FOD），被吸外物會對風(fēng)扇葉片和壓氣機葉片進行高速載荷沖擊。飛機發(fā)動機的葉片在 FOD 的下經(jīng)常會出現(xiàn)缺損、破裂、凹坑等缺陷，外物入侵示意過程如圖 1-1 所示。發(fā)動機葉片的這些損傷不僅會降低發(fā)動機的性能，嚴重時還會影響到飛機的飛行。這使得對受損葉片進行及時的更換或修復(fù)具有重要的意義，更換新葉片將極大增濟成本，同時對一些受損不嚴重的葉片進行廢棄也不科學(xué)環(huán)保。因此，對受損葉片高質(zhì)的修復(fù)是比較經(jīng)濟合理的，既能保證飛行安全，又節(jié)省了維修成本。Fan Blade

修復(fù)層與基材材料主要是以機械結(jié)合為主，對于修復(fù)有一定有局限性。因此有必要應(yīng)用新的修復(fù)技術(shù)，或采用新的能量高修復(fù)效率。熔覆修復(fù)技術(shù)是一種融合激光、焊接、冶金等多種技術(shù)于一體的新興技術(shù)能量激光束，將送粉器送出的材料粉末快速融化，在基材上在激光熔覆過程中，可以通過 CCD 來監(jiān)測激光熔池，從而的能量，以最佳的激光工藝獲得熔覆層，如圖 1-2 所示。當(dāng)熔覆層時，可以通過設(shè)置搭接率和層與層的間距來實現(xiàn)。激式，除了用送粉器對材料粉末進行同步送粉，還可以預(yù)先鋪于預(yù)置鋪粉能夠提高熔覆質(zhì)量，減小熱影響區(qū)，較好的控制復(fù)雜的零件[19,20]。

圖 2-1 棒狀試件取樣圖2.1.2 試樣設(shè)計科學(xué)合理的設(shè)計試件尺寸對測試激光熔覆 TC4 鈦合金的力學(xué)性能至關(guān)重要，否則些其他的外在因素將會對試驗的測試結(jié)果產(chǎn)生影響。為了保證拉伸試件設(shè)計的科學(xué)理，本文參考靜態(tài)拉伸試件的尺寸設(shè)計相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計的試樣尺寸如圖 2-2 所示。將覆樣塊上取出的圓柱樣進行車削加工，盡量保證尺寸的精度和表面的粗糙度。
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本文編號：2890478