TA15粉末冶金承力结构件研制及强度试验考核

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1、制造技术研究2015年4月第2期TA15粉末冶金承力结构件研制及强度试验考核杨浩郑榕田震吴宏伟韩晶晶（空间物理重点实验室，北京100076）摘要：针对飞行器承力结构件结构尺寸大、高温力学性能及尺寸精度要求高的研制特点，通过对比多种工艺方案后选取粉末冶金热等静压工艺，完成了近1m尺寸量级的局部1∶1样件研制，获得了合理的工艺参数及变形控制方法，验证了粉末冶金工艺对该类结构件的适应性。根据该结构件的承载特点进行了强度有限元分析，设计了强度试验方案并完成试验考核，试验结果与有限元分析一致性较好。并根据试验结果给出了结构改进的方向。关键

2、词：TA15；粉末冶金；承力结构；强度试验DevelopmentandStrengthExperimentofaMainLoadBearingStructureBasedonTA15PowderMetallurgyTechnicsYangHaoZhouRongTianZhenWuHongweiHanJingjing(KeyLaboratoryofSpacePhysics,Beijing100076)Abstract：Thedimensionofamainloadbearingstructurewasbig,andthedevel

3、opmentindexesfocusedonhigh-temperaturemechanicalproperties,dimensionaccuracyandinternalquality.Powdermetallurgywasselectedasthemaindevelopmenttechnicsthroughcomparisonwithfoundryand3Dprint.Reasonabletechnicalparametersanddeformationcontrolmethodwereobtainedandadaptab

4、ilityofpowdermetallurgytosuchkindofstructurewasverifiedthroughthedevelopmentofasectionprototypedimensionedin1m.Strengthexperimentschemewasmadeandtheexperimentwasfinishedtotesttheloadbearingcapabilityoftheprototype.Theconsistencyoftheexperimentresultandanalysisresultb

5、asedonFEAwasgood.Theexperimentresultguidedthedirectionofstructureoptimization.Keywords：TA15；powdermetallurgy；loadbearingstructure；strengthexperiment1引言量级，并通过了强度试验考核。TA15是一种耐高温钛合金材料，可以在500～2结构形式及成型工艺选择550℃下长时间工作，短时工作温度可达到800℃，用作飞行器承力结构可以满足耐温高、高承载、轻质化2.1结构形式的设计要求。目前TA1

6、5承力结构件的主要成型工艺飞行器翼承力结构件采用TA15高温钛合金材料，[1，2]有锻造、铸造、粉末冶金、3D打印等。针对飞行其结构形式为“骨架蒙皮结构”，其主承力骨架为薄器承力结构件的结构尺寸较大（约壁网格结构，外部包覆蒙皮以维持外形。该结构件结2000mm×500mm×100mm）、结构形式复杂、内部质量构尺寸为2000mm×500mm×100mm。为满足外形精度要求高、尺寸精度要求高的特点，通过对比各种成型要求，同时加强对复杂外部力热环境的适应性，对该工艺的特点，选取粉末冶金工艺作为主选成型工艺方结构件的内部质量和尺寸精度

7、提出了较高的要求。案。研制了局部1∶1结构样件，其尺寸规模达到1m作者简介：杨浩（1983-），工程师，飞行器结构设计专业；研究方向：飞行器承力结构设计技术。收稿日期：2015-02-2342制造技术研究航天制造技术2.2工艺方案选择以金属材质作为芯模材料，采用组合包套的形锻造工艺可实现高性能钛合金材料的制备，但是式，通过粉末预处理、芯模结构设计、包套组合方式、锻造件内应力大，容易导致后续加工过程产生较大变除气工艺、热等静压、脱模、精加工、尺寸及组织稳形。另外锻造工艺的材料利用率较低，导致制造成本定化处理等工序，实现局部1∶1样

8、件制备，工艺流较高。程装配、填粉→热等静压处理→去除包套及辅助模→铸造工艺可实现近净成形，但铸造过程会在产品精加工→热处理→无损检测→局部1∶1翼骨架样件。的表面及内部产生缺陷，由于高温钛合金含有的合金3.3性能参数化元素较多，使其在浇铸时流动性差，极易在薄壁筋