置氢钛合金超塑成形/扩散连接技术研究进展

钛合金作为航空工业中广泛应用的轻量化高强结构材料,其成形与加工技术历来备受关注。实践证明热氢处理技术应用于钛合金有助于改善其热加工性能和优化组织性能。综述了置氢钛合金超塑成形/扩散连接技术的研究进展,介绍了热氢处理对不同种类钛合金组织、超塑性及扩散连接行为的影响规律,总结其影响机理,为置氢钛合金超塑成形/扩散连接技术的工业化应用提供参考。     

大型钛合金超塑成形/扩散连接整体壁板制造技术

钛合金超塑成形/扩散焊接技术,从替代分离式的铆接零件,发展到组合的整体部件,完全体现了钛合金超塑成形/扩散焊接技术于传统制造工艺相比的优点,结构质量轻、整体性好、成形质量高、制造周期短等。超塑成形/扩散连接技术应用于研制飞机、发动机构件,可获得减重10%～50%,降低成本30%～60%的显著技术、经济效益,同时提高设计自由度及构件的整体性能,可替代现有钛合金壁板焊接、铆接、螺接生产工艺。但对大型钛合金超塑成形/扩散焊接整体零件研制,在国内还是首次,如果采用超塑成形/扩散焊接工艺,一次整体成形大型超塑成形壁板,效果将更为显著。采用超塑性好的双相钛合金材料,可使成形的壁板使用性能有较大提高,主要是因为双相合金刚强度比值更高,各种工艺因素对其性能影响较小,氢脆倾向低、耐疲劳、可取消真空稳定热处理工艺,是制造工艺环节中,工艺路线最短的工艺方案。     

钛合金层合梁SPF/DB制造工艺研究

钛合金层合结构因具有较高的损伤容限而受到重视,并成为超塑成形/扩散连接技术应用的一个新方向.通过采用先超塑成形再进行热等静压扩散连接成为整体构件的SPF/DB组合工艺方法,可以实现钛合金层合结构波纹工字梁的制造,其外形尺寸、微观组织和性能等基本能满足设计使用要求,但其工艺参数仍有待通过深入研究进一步优化.     

超塑成型/扩散连接钛合金气动面表面沟槽对其强刚度的影响分析

超塑成形/扩散连接是一种先进的钛合金制造技术,采用该技术,4层结构的钛合金产品表面存在沟槽问题,对某气动面表面沟槽的成因和对强刚度的影响进行了浅析,评估了表面沟槽对该产品强刚度的影响水平.     

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。     

钛合金超塑成形/扩散连接空心结构在空空导弹舵翼面上的应用

相对于传统金属机加或蒙皮骨架焊接结构,将钛合金超塑成形/扩散连接工艺方法应用于舵翼面空心结构的设计及其制造,在满足超音速气动加热和大载荷强刚度严苛的要求下,可显著降低超音速空空导弹舵翼面的重量(30%~50%)、提高导弹性能;并改善钛合金加工工艺性,缩短了生产周期,降低了生产成本,同时对超塑成形/扩散连接舵翼面结构设计、成形工艺、验证试验和质量控制等问题进行了探讨。     

钛合金超塑成形/扩散连接弹翼结构设计

钛合金超塑成形/扩散连接弹翼结构是一种新型的弹翼结构形式,本文以某型空空导弹弹翼结构作为实例,对钛合金超塑成形/扩散连接最常见的4层网格结构弹翼进行了力学分析。采用有限元软件,对弹翼成形的板料厚度,纵、横加强梁的分布对弹翼结构的刚度和强度影响规律,以及安装区部位的变形和应力进行了计算和对比,获得了弹翼最优布局方式和不同因素对弹翼变形、应力的影响规律。在满足超塑成形/扩散连接工艺和弹翼重量情况下,缩小网格尺寸,提高纵、横加强梁的数量,有助于减小结构的变形、应力水平。对弹翼颤振分析、结构试验提出了设计要求和实现方法。     

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。     

TC4钛合金超塑成形研究现状及其发展展望

介绍了TC4钛合金超塑成形的研究现状,主要内容包括:应变速率敏感性指数m值研究;超塑成形过程中材料组织演变过程及超塑变形机制研究;空洞的演变过程研究,包括空洞形核、长大机制及断裂机制研究;超塑成形与焊接方法的组合成形技术研究,其中着重介绍了超塑成形与扩散连接(SPF/DB)和超塑成形与激光焊接(SPF/LW)的组合应用以及有限元模拟技术在超塑成形中的应用;文章的最后对TC4钛合金超塑成形的发展趋势进行了展望。     

美国钛合金超塑性成形/扩散连接工艺简介

钛合金是世界上公认的难加工材料,但是利用超塑性成形/扩散连接工艺(SPF/DB)可以制作出用焊接、铆接工艺方法难于制作的复杂的钛合金飞机部件,并且使部件一体化、轻量化,成本降低。美国的飞机制造商于七十年代初期开始研究钛合金的超塑性成形工艺(SPF),他们在899～927℃的高温和变形速率为10~(_4)厘米/厘米·秒的条件下,使钛合金的延伸率达到600～1000％,试件成形过程就象塑料板真空成形一样,在不发生缩颈和断裂的情况下进行均匀的复杂变形。目前,美国已在四个机种上采用Ti-6Al-4V超塑性成形(SPF)零件,数量达到256