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王华明:大型钛合金结构激光快速成形技术研究进展

2013-01-23 14:55
夜隼008
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  (7)可根据零件的工作条件和性能要求,通过灵活改变局部激光熔化沉积材料的化学成分,实现多材料梯度复合高性能金属的直接近净成形制造;

  (8)具有对构件设计与批量变化的高度柔性与快速反应能力。

  激光快速成形技术的独特优点,为克服大型钛合金结构件上述制造技术缺点提供了一条新途径,也由于钛合金结构件激光快速成形技术对先进国防装备研制与生产的重要性和广泛实用性,美国等西方工业及军事强国对其十分重视,美国国防部先进计划署(DARPA)及海军办公室(ONR)等部门,自1995年来先后实施一系列专门研究计划,对飞机钛合金结构件激光快速成形技术予了重点支持,研究与应用进展迅速。

  二、飞机钛合金结构件激光快速成形技术国外研究进展

  迄今为止,国外只有美国AeroMet公司(1998年MTS公司出资与宾州州立大学、约翰哈普金斯大学合作成立了专门从事飞机钛合金结构件激光快速成形制造的高技术公司,该公司2005年1 2月已破产倒闭),在2002~2005年期间实现了激光快速成形钛合金结构件在飞机上的应用。AeroMet公司在美国国防部“军民两用科技计划”、美国空军“锻造计划”、美国陆军“满特”计划等计划的资助下,同Boeinq、Lockheed-Martin公司等军用飞机制造商密切合作,开展飞机机身钛合金复杂结构件激光快速成形技术研究,2000年9月成功完成对激光成形钛合金全尺寸飞机机翼结构件的地面性能考核试验,构件疲劳强度及静强度达到了取代传统锻造及铸造飞机钛合金构件的要求。

  2001年起AeroMet公司开始小批量为波音公司生产F/A-18E/F舰载联合歼击/攻击机供应发动机舱推力拉梁(图1)、机翼转动折叠接头、翼梁、带筋壁板(图2)及龙骨梁壁板(图3)等机翼钛合金非主承力结构件。2002年制定出了激光快速成形Ti6A14V产品技术标准,该公司从2002年开始直到2005年12月宣布破产倒闭为止,激光快速成形制造的Ti6A14V等飞机钛合金构件已在F-22、F/A18-ElF等飞机上装机应用。

  美国AeroMet公司是世界历史上第一家掌握飞机钛合金结构件激光快速成形技术并成功实现装机应用的单位,但令人遗憾的是。由于受其激光快速成形工艺固有缺点的影响,其激光快速成形Ti6A14V等钛合金构件即使经过后续热等静压(HIP)或开模锻造(Open Die Forging)加工,零件材料的疲劳性能始终明显低于锻件水平(如图4所示),致使激光快速成形钛合金构件无法实现在飞机关键主承力结构件上的应用,限制了激光快速成形钛合金结构件在飞机上的应用范围并最终导致Ae roMet公司于2005年12月宣布破产倒闭。

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