三維智慧型金屬結構（鈦合金）超音波固結成型研究

《三維智慧型金屬結構（鈦合金）超音波固結成型研究》是依託南昌大學，由朱政強擔任項目負責人的地區科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：三維智慧型金屬結構（鈦合金）超音波固結成型研究
• 項目類別：地區科學基金項目
• 項目負責人：朱政強
• 依託單位：南昌大學

項目摘要

超音波固結成型是一種全新的金屬層層堆積快速製造技術，在美國和英國已經受到政府和國防部門高度重視，在相關高校已經進行系列研究，然而研究材料主要集中在鋁合金上，對鈦合金超音波固結成型機理及其三維智慧型結構的研究尚未見報導。鈦合金由於具有密度小、比強度高、耐高溫、抗腐蝕等優點，在航空航天等軍事工業和汽車等民用工業領域套用日益廣泛。本課題以鈦合金為研究對象，研究其超音波固結機理，探討鈦合金材料在超聲振動下的體積效應、表面效應和熱效應。研究FBG光纖光柵感測器嵌入下的三維鈦合金智慧型結構製造，研究FBG光纖與金屬基體的相容性，包括FBG的感測性能、FBG嵌入對基體塑性流影響等。研究綜合超音波焊接技術和高速銑削技術來快速製造三維鈦合金智慧型金屬結構技術，並套用該方法於鈦合金重要零件的修復上。

結題摘要

在本項目資助下，項目組集成了高頻超聲振動試驗機和數字材料萬能試驗設備，完成了鋁合金、鈦合金超聲激勵力學性能實驗的探索，並對所繪製的應力-應變曲線進行了分析，為鈦合金超音波固結試驗研究提供了一定的實踐和理論基礎。以現有的超音波發生器為雛形，設計完成了適合高硬度鈦合金的超音波發生器，採用等離子噴塗方法，發生器表面獲得了高硬度的陶瓷粉末塗層。開展了無電流輔助下鈦合金超音波固結試驗，對實驗結果進行了對比分析，給出了最佳實驗參數。對界面微觀織構變化進行了分析，包括晶粒尺寸及形態、晶粒取向及取向差、晶界特徵等的統計分析。結合鈦合金超聲激勵壓縮實驗結果和基於超聲固結熱、聲軟化效應的計算分析模型為理論依據，建立了鈦合金超聲固結熱-機耦合有限元模型。對通輔助高頻交流電下的鈦合金超聲固結進行了相關實驗，分析了電阻熱軟化效應對鈦合金超聲固結的影響機制。數值計算了電流輔助下鈦合金超聲固結的溫度場變化、塑性流動和應力場變化情況。對FBG感測器進行了混合鍍（化學鍍和電鍍）鎳、銅實驗（簡稱MFBG），研究了鍍層對FBG感測器溫度感測性能的影響。進行了MFBG感測器埋入到鈦合金的超聲固結實驗，研究了鍍層與基體的相容性和擴散機制。超聲固結下成功埋入了MFBG感測器至鈦合金基體中，並獲得了良好的力學性能和溫度感測性能。數值模擬了埋入後基體金屬的塑形流動情況。設計完成了超音波固結設備和數控銑床的集成模式，實現了這兩種設備的集成製造，為鈦合金零件的修復提供了思路。