TA15钛合金超薄中空四层结构超塑成形/扩散连接一体化成形及精度控制

本文采用TA15钛合金热轧薄板作为原材料,探究超薄中空四层结构的超塑成形/扩散连接工艺。首先通过高温拉伸试验对TA15钛合金的超塑变形行为进行研究,获得了超塑成形过程的应力–应变曲线。然后通过有限元软件对薄壁横向局部贯通四层纵筋结构的超塑成形过程进行模拟,对成形过程中壁厚减薄、应力分布等行为进行研究,为后续超塑成形/扩散连接试验提供有效指导。最终成功制备了芯板直立筋良好、三角区宽度仅0.9 mm的超薄中空四层结构,其中面板最大减薄率为18.6%,芯板最大减薄率为55.1%,芯板与面板之间扩散连接区域的焊合率为92.1%～98.5%。TA15钛合金板材的原始显微组织晶粒细小破碎且呈等轴状,平均晶粒尺寸小于5μm,经长时间的超塑变形与热暴露后晶粒显著长大。     

微观结构对718合金蠕变裂纹扩展行为的影响

本文研究了微观结构对718合金蠕变裂纹扩展行为的影响,对两种不同晶粒尺寸和三种不同碳化物分布的试样在650℃进行蠕变裂纹扩展试验。结果表明晶粒尺寸和碳化物结构显著影响蠕变裂纹扩展速率,蠕变裂纹扩展速率与晶粒尺寸成反比关系。碳化物成排且平行于裂纹试样的蠕变裂纹扩展抗力显著低于碳化物成排且垂直于裂纹的试样,更低于碳化物细小且均匀分布的试样。蠕变裂纹扩展速率与晶粒尺寸的反比关系归因于晶粒尺寸的增大使扩散路径增长,从而导致了微裂纹萌生和长大时间的增加。微观结构对718合金蠕变裂纹扩展行为的影响用蠕变裂纹扩展机理的三阶段模型给予了很好的解释。     

TA32高温钛合金超塑性能研究

采用恒应变速率法对TA32高温钛合金板材进行超塑拉伸,研究了温度920～980℃和应变速率5×10^-5～1×10^-3 s^-1条件下材料的超塑变形行为,并分析了锥形件胀形过程的变形特征和微观组织演变规律。结果表明,TA32合金具有良好的超塑性变形能力,温度920℃、应变速率1×10^-3 s^-1时最大延伸率达到864%。温度为940℃和960℃时,受平面应力变形的锥形件高度较高,分别为90 mm和92 mm;经过不同变形量的变形后微观组织变化并不显著。     

低温超塑性钛合金的超塑性研究

对一种超塑性温度相对较低的双相钛合金SPZ的超塑性能进行了研究.结果表明:740～800℃,应变速率恒为1.11×10-3s-1时,SPZ合金的最大拉伸延伸率均超过1600%;760°C,合金的超塑延伸率可高达2149%.760℃,应变速率高达1.11×10-2s-1时,合金的超塑延伸率仍可达1380%.也就是说,700℃/1hAC处理后,SPZ合金在试验温度范围内具有低温高速超塑性.SEM观察发现,超塑变形前,合金的晶粒细小均匀,平均晶粒尺寸只有0.89μm;应变速率为2.22×10-3s-1,740℃,760℃变形后SPZ合金的晶粒尺寸分别为1.51μm,2.33μm.超塑性变形的微观机制是以晶界滑动为主,晶内变形以及位错蠕变起了协调作用.     

基于搅拌摩擦焊的TC4钛合金超塑成形性能研究

搅拌摩擦焊转速对锥形件的超塑成形性能影响不明显,但焊接接头经SPF后的微观组织长大显著,这可能与搅拌头对原始板材的破碎而导致的晶粒畸变能和亚晶有关。     

GH4169合金超塑性及其复杂构件超塑成形

对GH4169高温合金板材超塑性及超塑成形进行了研究.研究结果表明:在典型的超塑成形应变速率范围(10-3～10-4)内,细晶GH4169合金在较宽的温度范围(920℃～980℃)内的延伸率都高于250%,最高延伸率可达513%,应变速率敏感性指数m值都大于0.3;合金在超塑过程中发生了晶粒动态长大,并且超塑变形后仍为等轴晶;利用超塑成形方法研制出了飞行器用GH4169合金燃气岐管,并通过了30MPa液压压力、保压10min的打压试验及20MPa、保压5min的气密试验.     

GH4169高温合金多层板结构的激光连接/超塑成形组合技术

采用激光连接/超塑成形组合技术制造了GH4169合金三层板结构件,并分析了该合金板的超塑性及成形前后的微观组织.结果表明:超细晶GH4169板材具有良好的超塑性,在T=940℃,初始应变速率为=6.1×10-4s-1的条件下,延伸率达到368.2%,m值为0.39,超塑成形过程改善了焊缝显微组织并且提高了其力学性能,因此该方法适用于GH4169高温合金多层结构的制造.焊接工艺参数:频率32Hz,峰值功率4500W,脉宽3ms,焊速180mm/min;超塑成形工艺参数:温度Tf=960℃,压力Pf=4.2MPa,时间tf=130min.     

40CrNiMoA钢超塑变形力学行为及微观组织的研究

本文对４０ＣｒＮｉＭｏＡ的超细化热处理工艺和超塑变形力学行为进行了研究，结果表明，经两次调质加一次亚温淬火和高温回火后，奥氏体晶粒尺寸可细化至６μｍ，在６９０℃、ε＝４．１７×１０（－４）Ｓ（－１）条件下超塑拉伸，可获得５２０％延伸率。文中还研究了超塑变形过程中的微观组织变化规律。     

因康镍718合金的超塑成形和扩散连接

介绍了用于制造火箭发动机零件的因康镍７１８合金的超塑成形和扩散连接工艺。经特殊加工的细晶粒因康镍７１８合金具有促进的超塑性，历而能用于超塑成形相当复的零件。     

Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金板材超塑成形组织及性能研究

分别采用最大m值法和恒应变速率法对Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金(SP700钛合金)板材进行超塑拉伸,研究了755~785℃、0.1~0.005s-1及不同方向的单向条件下其超塑拉伸变形行为和典型件的超塑成形行为及力学性能。结果表明:SP700钛合金具有优异的低温超塑性,采用最大m值法在45°方向、775℃变形后,获得3110%的最高延伸率,变形诱发晶粒长大使SP700钛合金抵抗颈缩的能力增加。受双向拉应力作用的锥形件,在755℃具有最优的超塑成形工艺性,锥形件高度可达到100mm,并且晶粒尺寸无明显变化。经33%超塑变形量的试样室温力学性能略高于无变形试样,其室温抗拉强度和延伸率平均值分别达到1027MPa和16.8%。     

细晶处理对磷微合金化GH761合金力学性能的影响

实验使用添加0.023%磷进行微合金化的GH761合金,采用6种不同处理制度进行细晶化处理.结果表明,一次热处理温度在780～950℃范围内变化时,对合金的晶粒组织影响不大,但与标准热处理组织相比,晶粒组织显著细化.采用830℃×4 h,AC,720℃×24 h,AC的热处理制度时,合金的综合力学性能较好.与标准处理相比,室温和650℃的抗拉强度和屈服强度均明显提高,塑性也有所改善,而且650℃/690 MPa持久寿命比普通GH761合金650℃/637 MPa的持久寿命长.     

纤维增强钛基复合材料混杂结构制造技术

简要介绍了利用超塑成形 /扩散连接(SPF/DB)工艺制造纤维增强钛基复合材料和钛合金混杂结构的技术 ,利用该技术可以在一个热循环中研制出空心的TMC -钛合金混杂结构 ,微观分析证明 ,在超塑条件下进行复合 -扩散 -成形是有利的。     

基于损伤容限设计的钛合金层合接头制造

钛合金层合结构因具有较高的损伤容限而获得重视,并成为超塑成形/扩散连接技术应用的一个新方向。本文提出一种含圆形扩散止焊区的层合板结构,通过与原始板材的疲劳裂纹萌生和扩展寿命相对比,结果表明含止焊区的层合板能改善钛合金的裂纹扩展特性,并以此为基础设计并制造了含止焊区的钛合金层合接头,验证了采用现有扩散连接工艺技术制造钛合金层合接头的工艺可行性,其微观组织和各项性能等基本能满足对一般钛合金的设计使用要求。该研究成果为高损伤容限性能钛合金扩散连接层合结构在机翼梁、框等异型截面构件上的应用奠定了技术基础。     

TC4钛合金板材超塑成形后力学性能研究

叙述了ＴＣ４铁合金板材在超塑成形、超塑成形／扩散连接（ＳＰＦ／ＤＢ）后力学性能的变化，并探讨了引起性能变化的原因以及提高ＳＰＦ／ＤＢ构件性能的措施。     

异钛合金蜂窝结构钎焊工艺研究

针对钛合金薄壁结构的钎焊制造技术,通过研究在钎料作用和不同钎焊温度下基体材料的微观组织、相变点、刚度和屈服强度的变化发现,钎料元素扩散导致TC1材料相变点降低,在875℃发生α+β→β相转变,而TC4钛合金直至905℃尚未发生α+β→β相转变.在875℃下,随着保温时间延长,TC4材料的晶粒尺寸有所长大,导致刚度和屈服强度明显下降.当钎焊温度为875℃,保温时间不大于60min时,TC4钛合金板材的刚度和屈服强度不低于原始材料的86％.确定出TC4/TC1钛合金异质钎焊工艺范围为865～875℃、保温30～60min.研究结果为钛合金蜂窝结构的钎焊制造技术提供理论依据和参考.     

钛合金空心点阵超塑成形/扩散连接成形工艺和性能研究

钛合金空心点阵是典型的承载–功能一体化结构,采用单轴拉伸方法,在不同温度、应变速率条件下测定TA15、TA32钛合金的超塑拉伸延伸率,最大延伸率分别达到1450%和950%,后在不同温度、压力条件下进行扩散连接试验。根据超塑拉伸和扩散连接试验,确定了超塑成形和扩散连接（Superplastic forming/diffusion bonding,SPF/DB）的最佳工艺参数为：920℃/1.5～2.0 MPa/2 h,制备了不同构型和几何参数的TA15、TA32钛合金空心点阵结构件。采用平压方法和三点弯曲方法测定了钛合金空心点阵的力学性能,压缩和弯曲强度最大值分别达到23.83 MPa、596MPa,通过有限元和试验分析的方法,研究了几何参数对钛合金空心点阵平压和弯曲性能的影响规律。采用单面加热方法,研究了钛合金空心点阵结构的隔热性能,在400℃/1 h条件下,隔热温差达到276.3～310℃。     

电沉积ZrO2/Ni纳米复合材料低温高应变速率超塑性的研究

采用电沉积方法制备了平均晶粒尺寸为45nm的ZrO2/Ni复合材料,并通过拉伸和胀形试验对该材料的超塑性能进行了研究。拉伸试验结果表明:材料在温度为420~500℃,应变速率为8.33×10-4s-1~1.67×10-2s-1时均获得了高于200%的延伸率。在温度为450℃和应变速率为1.67×10-3s-1时,得到最大延伸率605%。用扫描电镜SEM对拉伸前后试件的显微组织进行了观察,发现晶粒在温度的作用下明显长大。采用内径5 mm的凹模对ZrO2/Ni复合材料进行超塑胀形试验,在温度为420~500℃获得高径比H/d高于0.5的胀形件,说明该材料具有良好的超塑性能。     

1420铝锂合金典型构件超塑成形研究

采用超塑成形工艺制备了1420铝锂合金盒形结构试验件.通过有限元模拟及微观组织观察,分析了温度对1420铝锂合金超塑性的影响,超塑成形后试验件的壁厚分布及材料的超塑成形断裂机制.结果表明:有限元模拟能够很好地预测超塑成形后试验件的壁厚分布;当成形温度为520℃时,1420铝锂合金表现出良好的超塑性变形能力;在超塑成形过程中,随着变形量的增加,材料内部空洞的交连和聚合是导致1420铝锂合金最终破坏的主要机制.     

抽钉用拉拔CP钛的组织演变研究

研究了拉拔态CP(Commercially Pure)钛不同加热温度下的组织演变,确定了再结晶温度。结果表明:在保温20min的条件下,当加热温度为550~600℃时内部组织发生回复;加热温度为600℃时开始出现再结晶组织;达到650℃时发生完全再结晶,晶粒呈等轴状,大小为2~5μm,抗拉强度为525MPa。研究了保温时间对内部组织的影响,当不进行保温时,在650℃温度下不能使材料发生完全再结晶;当保温时间为20min时,材料发生完全再结晶且组织状态良好;在650℃下保温时间达到1h,材料组织粗大。冷却方式对显微硬度的影响较小,对晶粒度有一定影响,当加热温度为600~650℃时,水冷方式晶粒细小,当加热温度小于600℃或大于700℃,冷却方式对晶粒度影响较小。     

宇航器材料与超塑性成形

超塑性成形是金属及其合金在超塑温度下,在具有极高的延伸率和高应变速率敏感性的细晶粒组织的条件下,用极低的压力就能成形出比用一般挤压、拉延更为复杂形状的零件的方法。金属及其合金在超塑成形过程中所以能承受极大的拉应变而无局部缩颈、变细和破坏,是因为它在超塑性变形时晶粒的应变很小或根本不产生应变。成形件的形状变化的表现形式为晶界滑移和晶粒滚动。因此,超塑成形是目前钣金技术中较先进的工艺方法。