增材制造点阵夹芯混合结构的振动特性…l 【焦点 l 钛合金】

| 3DScienceValley · 2024/09/10

谷专栏

根据3D科学谷的市场观察，自2022年以来增材制造市场发生显著变化，航天军工的需求强势崛起，导致包括对选区熔融金属3D打印、电弧熔丝增材制造技术、激光沉积送粉成形、复合材料增材制造技术的需求都发生了急剧的增长需求。毋庸置疑，国内商业航天的加速发展，将在未来5年导致3D打印市场发生显著变化。当前航空航天采用金属增材制造存在着一些障碍与挑战，与更简单的 3D 打印技术相比，金属增材制造本质上涉及对过程的更严格控制。这些反过来又可能成为该行业许多人的进入障碍。

本期，通过节选近期国内在钛合金方面的实践与研究的多个闪光点，3D科学谷与谷友一起来领略的这一领域的研究近况。

增材制造点阵夹芯
混合结构的振动特性

张佳乐1王星2耿小亮1刘军1李欣1董炜璘1张恒1熊若钦1

1.西北工业大学力学与土木建筑学院2. 航空工业沈阳飞机工业集团有限公司创新研究院

摘要：

采用增材制造（additive anufacturing,AM）技术制备了钛合金点阵夹芯梁，使用硅橡胶作为阻尼材料对点阵空隙进行了填充。测试对比了有/无填充的点阵夹芯悬臂梁的模态振型，并对其进行了扫频振动激励。试验结果表明：填充阻尼材料不会改变结构振型，但可显著降低振动响应幅值。开展了硅橡胶的动态力学分析试验（dynamic mechanical analysis,DMA），结合广义麦克斯韦（generalized Maxwell model,GMM）粘弹性模型，标定了频域粘弹性模型参数。通过硅橡胶单轴拉伸试验标定了多项式型超弹性模型参数。基于粘超弹性模型及标定参数，对有填充的点阵夹芯悬臂梁进行了振动响应有限元模拟，与试验结果相符，证明本文采用的粘超弹性模型和其参数标定方法可有效用于混合结构的振动特性计算。

层状复合钛合金增材制造
研究进展及发展趋势

关慰勉1,2梁新增1刘艳梅1关峰1刘标1刘嘉斌2

1. 沈阳飞机工业(集团)有限公司2. 浙江大学材料科学与工程学院

摘要：

层状复合钛合金是一类由不同种钛合金制成的、成分和组织性能逐层变化的先进材料，能够发挥多种钛合金的性能。层状复合金属的结构设计，是保证成形性能和满足服役需求的前提。增材制造相比传统制造技术，具有设计灵活便捷、试制周期短、可成形复杂结构等优势，在层状复合钛合金研制领域应用广泛。本课题围绕层状复合钛合金，在介绍层状金属直接过渡、成分过渡和阻挡层过渡结构设计方法的基础上，综述几种增材技术研制层状复合钛合金的进展，包括激光定向能量沉积、电弧熔丝增材制造和电子束熔丝增材制造。围绕过渡区组织性能优化、热处理制度建立、残余应力控制和失效机制判据等方面，展望增材制造层状复合钛合金未来的发展方向。

SLM增材制造Ti-6Al-4V
合金试样的孔隙缺陷疲劳分析

吴自越、何东

北方工业大学机械与材料工程学院

摘要：

以Ti-6Al-4V合金为研究对象，基于ABAQUS和FE-SAFE，建立了增材制造过程中孔隙形状、位置、大小、相互距离、数量及孔隙率等模型，研究了孔隙对SLM增材制造Ti-6Al-4V合金试样疲劳寿命的影响。

结果表明，球型孔比非球型孔对疲劳寿命影响更加低微。在10～30 μm时，球型内部孔隙缺陷比表面孔隙缺陷对疲劳寿命影响更显著；在40～70 μm时，表面孔隙缺陷比内部孔隙缺陷对疲劳寿命影响更大。孔隙率低于1%时球型孔隙缺陷半径越大的试样疲劳寿命变化幅度越大；孔隙率处于1%～5%之间时，混合孔隙缺陷的试样疲劳寿命最短。疲劳寿命会随着不同随机排列方式在一个范围内波动。

钛合金薄壁件3D打印工艺技术

关要轩、李湘

航空工业航宇救生装备有限公司

摘要：

针对钛合金薄壁零件在新品制造中，存在生产周期长、成本高、加工变形等诸多问题，通过对合金薄壁壳体零件采用3D打印制造技术，对3D打印毛坯设计、设备选择、成型过程控制、后续处理，以及后续机加进行引用研究。该研究应用对航空新品类似零件的生产加工有很好的使用和参考价值。

3D打印钛合金的
制备与组织性能研究

吴建

芜湖职业技术学院智能制造学院

摘要：

采用3D打印的方法制备了不同C含量(质量分数)的Ti-4Al-3V-xC钛合金(x=0,0.12,0.23,0.39和0.62),对比分析了不同C含量钛合金的显微组织、硬度、蠕变性能和拉伸性能。结果表明，添加C的钛合金的硬度和弹性模量都高于未添加C的钛合金，且随着C含量从0.12%增加至0.62%,含C钛合金的硬度和弹性模量逐渐增加；随着保压时间的延长，不同C含量的钛合金的蠕变深度都呈现逐渐增加的趋势，但是在相同保压时间下，含C钛合金的蠕变深度都小于不含C钛合金，且C含量越高则钛合金的蠕变深度越小。含C钛合金的抗拉强度和屈服强度都高于不含C钛合金，而断后伸长率都低于不含C钛合金，尤其是当C含量增加至0.39%及以上时，含C钛合金的断后伸长率下降较为明显。当C含量为0.23%时，3D打印钛合金的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率高于铸造TC4钛合金和锻态TC4钛合金，具有相对较好的综合性能。

激光直接沉积增材制造
钛合金超声检测方法研究

张春雨、肖婷、赵岩、潘文峰

国标(北京)检验认证有限公司

摘要：

激光直接沉积增材制造技术已应用于航空航天、机械和电力领域的框架、横梁及特殊结构部件。增材制造工艺不同于传统制造工艺，增材制造钛合金容易出现气孔、未熔合孔洞、层间未熔合和裂纹等缺陷。本课题采用超声水浸C扫描、双晶探头接触法和超声相控阵全聚焦法等超声检测方法，对增材制造钛合金内部的未熔合孔洞和层间未熔合缺陷进行了研究和探讨。为有效控制增材制造钛合金产品的内部质量提供技术支持。

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