一种TC21钛合金材质飞机起落架零部件超音速火焰喷涂工艺适应性验证方法

技术领域

本发明涉及飞机起飞着陆系统技术领域，尤其涉及一种TC21钛合金材质飞机起落架零部件超音速火焰喷涂工艺适应性验证方法。

背景技术

TC21钛合金零件所具备的超高性能除了与钛合金材料本身的性能相关，零件的表面强化工艺、表面处理工艺等也有着重要影响。

TC21钛合金材质飞机起落架零部件新工艺认定成功后，在正式投入使用之前，需经过多方面的工艺验证，确定新工艺的工艺实施参数，从而实现从理论到实际的转变，这个过程需要一种科学有效的特种工艺验证方法，验证TC21钛合金零部件在超音速火焰喷涂工艺实施的工艺适应性。

在现有公开的专利申请文献中，发明专利申请号CN201510922332.X公开了一种用于适航审定的复合材料结构设计验证方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1，根据飞机结构选材方案，确定复合材料应用位置，结合受力特点选定复合材料体系，并进行复合材料的适航验证；

S2，根据飞机结构载荷分析及所选复合材料体系，确定典型结构的初步尺寸，从S1中确定的复合材料体系中选定需要的复合材料，并确定所述复合材料在该结构状态下的设计许用值；并进行复合材料在该结构状态下的设计许用值的适航验证；

S3，根据S2中得到的设计许用值，进行组件级复合材料结构的详细设计及适航验证；

S4，根据S3中组件级复合材料的结构设计，确定飞机全尺寸级的复合材料的详细设计及试航验证。

S11，依据飞机设计的性能目标及现有复合材料数据库，确定复合材料结构应用方案，进行材料筛选及选择，初步确定全机复合材料选材体系；

S12，根据S11中确定的全机复合材料选材体系，确定材料规范及需要验证的材料规范验证试验大纲，一并提交适航审定部门审查；

S13，通过试件级试验验证并完善S12中确定的材料规范，确定各复合材料体系的单层性能，明确材料许用值，同时申请适航审定部门目击试验；

S14，根据S11至S13编写试验报告及试验分析报告，并将S13中形成的复合材料的材料规范、试验大纲一并提交适航审定部门审查。

又例如，中国发明专利申请号202011610778.6公开了一种民用飞机结构件激光成形技术适航符合性验证方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤一：依据激光成形材料性能指标与设计需求，确定飞机结构件激光成形技术原材

料规范并制定原材料规范验证试验大纲；

步骤二：确定激光成形工艺参数；

步骤三：确定激光成形毛坯材料性能指标以及毛坯材料结构特殊系数；

步骤四：根据步骤三中确定的激光成形毛坯材料性能指标，撰写激光成形毛坯材料性

能指标符合性说明报告；

步骤五：制定结构件性能数据试验大纲，通过结构件性能数据试验验证激光成形结构

件是否能够达到结构设计要求；

步骤六：若激光成形原材料规范、毛坯材料性能指标、结构性能数据、原材料规范验证

试验大纲以及结构性能数据验证试验大纲均能够满足适航符合性的要求，则适航符合性验证通过。

以上发明专利申请技术均未能够解决验证TC21钛合金材料在超音速火焰喷涂工艺实施的工艺适应性问题。

发明内容

针对现有技术中尺寸的缺陷，本发明的目的在于提供一种TC21钛合金材质飞机起落架零部件超音速火焰喷涂工艺验证方法，即通过试验件(试样)模拟飞机起落架零部件超音速火焰喷涂后使用中的环境状态、受力情况等，进行多方面、系统性的工艺试验验证，借此解决此种材质零部件在复杂工况下表面火焰喷涂工艺的适应性问题，解决超音速火焰喷涂工艺实际实行的可行性问题。

本发明提供了一种TC21钛合金材质飞机起落架零部件超音速火焰喷涂工艺适应性验证方法，所述TC21钛合金材质飞机起落架零部件超音速火焰喷涂工艺适应性验证方法包括以下步骤：

S1、得到待验证的试验件，后进行粗加工、精加工成型；

S2、对所述试验件进行荧光渗透探伤、去应力退火工艺；

S3、对所述试验件实施表面喷丸强化工艺；

S4、对所述试验件实施超音速火焰喷涂工艺；

S5、对所述试验件所有验证过程中的材料的物理特性进行整理、录入数据、粘贴标志、归档，并对试验件进行防锈处理后封存，以备后续正式制备飞机起落架零部件查用。

进一步地，得到待验证的试验件的步骤包括以下过程：

确定零部件典型结构的初步尺寸，得到待验证的试验件。

进一步地，对所述试验件进行荧光渗透探伤、去应力退火工艺的步骤包括以下过程：

对机加工后的试验件进行荧光渗透探伤，排除由于前期机加工对试验件表面造成的机械损伤；对探伤后的试验件进行去应力退火，排除由于机械加工产生的残余应力对后续验证造成影响。

进一步地，试验件的去应力退火工艺中TC21钛合金去应力退火要求如下：

a)随炉升温：530℃～620±10℃，保温0.5～6h，空冷或炉冷或惰性气体中冷却；

b)选用真空热处理炉，真空炉内压强不大于9×10

进一步地，对所述试验件实施表面喷丸强化工艺的步骤包括以下过程：

经过对试验件表面进行喷丸强化工艺后，验证表面喷丸强化对试验件表面组织形貌、表面残余压应力、表面粗糙度、以及对力学/疲劳性能的影响，并作为对比试验。

进一步地，试验件的喷丸强化工艺中TC21钛合金喷丸强化要求如下：

a)弹丸类型：陶瓷丸，弹丸种类Z150～Z425；喷丸强度：0.18～0.23A；覆盖率：≥100％；

b)喷嘴距离40～200mm(内孔/外形)，空气压力0.2Mpa，喷丸流量设定在2～3kg/min。

进一步地，对所述试验件实施超音速火焰喷涂工艺的步骤包括以下过程：

通过对TC21钛合金试验件去应力退火/喷丸强化之后进行超音速火焰喷涂工艺，验证超音速火焰喷涂对试验件耐磨性能、防腐性能等的提升作用以及对力学/疲劳性能的影响。

进一步地，试验件超音速火焰喷涂中TC21钛合金试验件超音速火焰喷涂要求如下：

a)根据不同检查项目相应设置不同火焰喷涂涂层厚度和不同火焰喷涂涂层位置；

b)WC-10Co4Cr粉末、氧气进气压力20bar左右、送粉量20g/min左右；喷涂距离320±5mm；

c)火焰喷涂完成后进行包括结合强度、涂层金相、显微硬度、残余应力、盐雾试验、耐磨损性能试验、耐高低温交变性能试验、力学性能、疲劳试验在内的验收试验。

本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比至少具有如下优点：

本发明实施例提供了一种TC21钛合金材质飞机起落架零部件超音速火焰喷涂工艺适应性验证方法，本发明提供的是基于TC21钛合金材质飞机起落架零部件超音速火焰喷涂工艺正式投入使用前的一种工艺验证方法，此工艺验证方法是点对点，针对超音速火焰喷涂工艺进行工艺验证，通过涂层组织、耐腐蚀性能、耐摩擦性能、耐高低温交变性能、疲劳性能等多方面进行工艺验证，更全面、更系统的验证，使理论走向实际，从而获得更为平衡、更符合实际意义的工艺参数。具体来说：

1.本发明所述的工艺验证方法，可以最大限度模拟起落架用零部件超音速火焰喷涂后使用时的环境状态、受力情况等，所以按此工艺验证方法进行的工艺验证，能更好地验证TC21钛合金材质零部件在超音速火焰喷涂工艺实施时的工艺适应性，更具有实际参考意义。

2.本发明所述的工艺验证方法，可以在试验件工艺试验阶段发现TC21钛合金材质试验件/零部件在超音速火焰喷涂工艺实施过程中存在的问题，有利于提前完善工艺、提前做出反应，为保障后续正式零部件的加工提供安全保障。

3.本发明所述工艺验证方法，更全面、更系统、更具有实践参考意义，通过验证超音速火焰喷涂的多种性能，获得了更为平衡、更符合实际意义的工艺参数，解决了TC21钛合金材质零部件在超音速火焰喷涂工艺实施过程中的适应性问题，解决了TC21钛合金材质零部件超音速火焰喷涂工艺实际实行的可行性问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的TC21钛合金材质飞机起落架零部件超音速火焰喷涂工艺适应性验证方法的流程图。

图2为本发明中拉伸试样火焰喷涂区域示意图。

图3为本发明中旋转弯曲疲劳试样火焰喷涂区域示意图。

图4为本发明中轴向拉伸疲劳试样火焰喷涂区域示意图。

图5为本发明实施例1中TC21钛合金材质飞机起落架零部件超音速火焰喷涂工艺适应性验证方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

本发明所述TC21钛合金飞机起落架零部件表面喷丸强化工艺适应性验证的方法，基于TC21钛合金为材质的起落架零部件正式进行表面喷丸强化工艺前，所进行的工艺验证。通过一整套的系统性的工艺验证方法，有的放矢的验证在TC21钛合金材质零部件上进行表面喷丸强化时的工艺可实施性，确定最优的工艺实施参数，为正式零部件的表面喷丸强化提供坚实的理论基础。

验证TC21钛合金材质零部件表面喷丸强化工艺适应性的工艺验证方法，是一种可以满足TC21钛合金起落架零部件表面喷丸强化工艺实际投入使用前所进行的试验验证要求。该方法通过试片(试样)级验证的方法验证表面喷丸强化工艺使用后的力学性能、疲劳性能、表面组织、残余应力等，通过系列化对比，确定针对TC21钛合金材质零部件使用表面喷丸强化后的实际性能、验证工艺适应性，最终形成并固化成为一整套最优的工艺参数，为TC21钛合金材质正式起落架零部件的表面喷丸强化提供理论基础。

本发明提供了一种TC21钛合金材质飞机起落架零部件超音速火焰喷涂工艺适应性验证方法，如图1所示，所述TC21钛合金材质飞机起落架零部件超音速火焰喷涂工艺适应性验证方法包括以下步骤：

S1、得到待验证的试验件，后进行粗加工、精加工成型；

S2、对所述试验件进行荧光渗透探伤、去应力退火工艺；

S3、对所述试验件实施表面喷丸强化工艺；

S4、对所述试验件实施超音速火焰喷涂工艺；

S5、对所述试验件所有验证过程中的材料的物理特性进行整理、录入数据、粘贴标志、归档，并对试验件进行防锈处理后封存，以备后续正式制备飞机起落架零部件查用。

1.本发明所述的工艺验证方法，可以最大限度模拟起落架用零部件超音速火焰喷涂后使用时的环境状态、受力情况等，所以按此工艺验证方法进行的工艺验证，能更好地验证TC21钛合金材质零部件在超音速火焰喷涂工艺实施时的工艺适应性，更具有实际参考意义。

2.本发明所述的工艺验证方法，可以在试验件工艺试验阶段发现TC21钛合金材质试验件/零部件在超音速火焰喷涂工艺实施过程中存在的问题，有利于提前完善工艺、提前做出反应，为保障后续正式零部件的加工提供安全保障。

3.本发明所述工艺验证方法，更全面、更系统、更具有实践参考意义，通过验证超音速火焰喷涂的多种性能，获得了更为平衡、更符合实际意义的工艺参数，解决了TC21钛合金材质零部件在超音速火焰喷涂工艺实施过程中的适应性问题，解决了TC21钛合金材质零部件超音速火焰喷涂工艺实际实行的可行性问题。

在一些具体实施例中，得到待验证的试验件的步骤包括以下过程：

确定零部件典型结构的初步尺寸，得到待验证的试验件。

在一些具体实施例中，对所述试验件进行荧光渗透探伤、去应力退火工艺的步骤包括以下过程：

对机加工后的试验件进行荧光渗透探伤，排除由于前期机加工对试验件表面造成的机械损伤；对探伤后的试验件进行去应力退火，排除由于机械加工产生的残余应力对后续验证造成影响。

在一些具体实施例中，试验件的去应力退火工艺中TC21钛合金去应力退火要求如下：

a)随炉升温：530℃～620±10℃，保温0.5～6h，空冷或炉冷或惰性气体中冷却；

b)选用真空热处理炉，真空炉内压强不大于9×10

在一些具体实施例中，对所述试验件实施表面喷丸强化工艺的步骤包括以下过程：

经过对试验件表面进行喷丸强化工艺后，验证表面喷丸强化对试验件表面组织形貌、表面残余压应力、表面粗糙度、以及对力学/疲劳性能的影响，并作为对比试验。

在一些具体实施例中，试验件的喷丸强化工艺中TC21钛合金喷丸强化要求如下：

a)弹丸类型：陶瓷丸，弹丸种类Z150～Z425；喷丸强度：0.18～0.23A；覆盖率：≥100％；

b)喷嘴距离40～200mm(内孔/外形)，空气压力0.2Mpa，喷丸流量设定在2～3kg/min。

在一些具体实施例中，对所述试验件实施超音速火焰喷涂工艺的步骤包括以下过程：

通过对TC21钛合金试验件去应力退火/喷丸强化之后进行超音速火焰喷涂工艺，验证超音速火焰喷涂对试验件耐磨性能、防腐性能等的提升作用以及对力学/疲劳性能的影响。

在一些具体实施例中，试验件超音速火焰喷涂中TC21钛合金试验件超音速火焰喷涂要求如下：

a)火焰喷涂涂层厚度见表1，火焰喷涂涂层位置详见图2～图4；

a.1)火焰喷涂涂层部分试样厚度要求见表1：

表1部分试样喷涂厚度要求

b)WC-10Co4Cr粉末、氧气进气压力20bar左右、送粉量20g/min左右；喷涂距离320±5mm；

c)火焰喷涂完成后进行包括结合强度、涂层金相、显微硬度、残余应力、盐雾试验、耐磨损性能试验、耐高低温交变性能试验、力学性能、疲劳试验在内的验收试验。

下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。

实施例1

本例提供一种TC21钛合金超音速火焰喷涂试样级工艺验证，如图5所示，包括以下过程：

确定TC21钛合金超音速火焰喷涂工艺验证实施方案，明确不同验证项目的火焰喷涂要求、确定对比项。暂定超音速火焰喷涂初步试验参数，保证过程监测及检查，针对超音速火焰喷涂下试验件的试验验证等方面内容；

步骤1.确定零部件典型结构的初步尺寸，作为验证的试验件；

步骤2.对选用的试验件进行粗加工、精加工成型；

步骤3.对选用的试验件材料进行荧光渗透探伤、去应力退火工艺；

步骤4.对TC21钛合金试验件实施表面喷丸强化工艺；

步骤5.对TC21钛合金试验件实施超音速火焰喷涂工艺；

步骤6.对试验件所有验证过程中的材料的物理特性进行整理、录入数据、粘贴标志、归档，并对试验件进行防锈处理后封存，以备后续正式制备飞机起落架零部件查用；

其中，步骤3中，对选用的TC21钛合金材质试验件进行荧光渗透探伤、去应力退火工艺：对机加工后的试验件进行荧光渗透探伤，排除由于前期机加工对试验件表面造成的机械损伤；对探伤后的试验件进行去应力退火，排除由于机械加工产生的残余应力对后续验证造成影响，试验件的去应力退火工艺例如TC21钛合金去应力退火要求(验证阶段)如下：

a)随炉升温：530℃～620±10℃，保温0.5～6h，空冷或炉冷或惰性气体中冷却；

b)选用真空热处理炉，真空炉内压强不大于9×10

步骤4中，对TC21钛合金试验件进行喷丸处理工艺：经过对试验件表面进行喷丸强化工艺后，验证表面喷丸强化对试验件表面组织形貌、表面残余压应力、表面粗糙度、以及对力学/疲劳性能的影响，并作为对比试验；试验件的喷丸强化工艺例如TC21钛合金喷丸强化要求(验证阶段)如下：

弹丸类型：陶瓷丸，弹丸种类Z150～Z425；喷丸强度：0.18～0.23A；覆盖率：≥100％。

喷嘴距离40～200mm左右(内孔/外形)，空气压力0.2Mpa左右，喷丸流量设定在2～3kg/min左右；

步骤5中对试验件实施超音速火焰喷涂工艺：

通过对TC21钛合金试验件去应力退火/喷丸强化之后进行超音速火焰喷涂工艺，验证超音速火焰喷涂对试验件耐磨性能、防腐性能等的提升作用以及对力学/疲劳性能的影响；试验件超音速火焰喷涂例如TC21钛合金试验件超音速火焰喷涂要求(验证阶段)如下：

a)火焰喷涂涂层厚度见表1，火焰喷涂涂层位置详见图2～图4；

b)WC-10Co4Cr粉末、氧气进气压力20bar左右、送粉量20g/min左右；喷涂距离320±5mm；

c)火焰喷涂完成后进行结合强度、涂层金相、显微硬度、残余应力、盐雾试验、耐磨损性能试验、耐高低温交变性能试验、力学性能、疲劳试验等验收试验；

步骤6.对试验件所有验证过程中的材料的物理特性进行整理、录入数据、粘贴标志、归档，并对试验件进行防锈处理后封存，以备后续正式制备飞机起落架零部件查用；

拉伸试验：裸材状态与火焰喷涂状态对比，验证超音速火焰喷涂对力学性能的影响；

轴向拉伸疲劳试验：裸材状态、喷丸强化状态与喷丸+火焰喷涂状态对比，验证超音速火焰喷涂对高频拉-拉疲劳性能的影响；

旋转弯曲疲劳试验：裸材状态、喷丸强化状态与喷丸+火焰喷涂状态对比，验证超音速火焰喷涂对旋转弯曲疲劳性能的影响；

火焰喷涂质量稳定性试验：结合强度、弯曲试验、盐雾试验、高低温交变性能试验、残余应力检测、显微硬度检测等，对TC21钛合金火焰喷涂后表面涂层金相检测，判定检测后结果能否满足起落架表面防护要求。

综上所述，本实施例中通过多方面对比验证，确定了TC21材质试验件超音速火焰喷涂的最优工艺参数，验证了TC21钛合金材质零部件超音速火焰喷涂工艺的适应性。

本工艺验证方法，是从涂层组织、残余应力、耐磨损、耐腐蚀、力学性能、疲劳性能试验等多方面进行的工艺验证方法，可以验证应用到某型起落架中TC21材质零部件涉及到超音速火焰喷涂的性能情况，是精准化针对TC21钛合金材质超音速火焰喷涂的工艺验证方法，更系统、更全面地验证了TC21钛合金材料超音速火焰喷涂工艺在某型起落架上应用下的适应性，解决了TC21钛合金材质零部件在超音速火焰喷涂工艺的适应性问题，解决了TC21钛合金材质零部件超音速火焰喷涂工艺实际实行的可行性问题。

本发明的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本发明范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。