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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

钛合金超塑成型/扩散连接舵面颤振设计

钛合金超塑成型/扩散连接结构是一种新型的结构形式。以某型空空导弹舵面结构为实例,对钛合金超塑成型/扩散连接舵面颤振建模和设计进行了研究。采用有限元软件,计算和分析了舵面气动外形、舵面重心对颤振特性的影响,确定了满足导弹颤振裕度要求的舵面结构形式。     

超塑成形/扩散连接止焊剂涂敷工艺优化

为实现钛合金超塑成形/扩散连接组合工艺零件精准制造,进行止焊剂涂敷工艺优化研究。传统止焊剂手工涂敷工艺涂敷质量差、精准度低,成形后扩散连接过渡区超标,零件表面阶差、缩沟问题经常出现。为实现止焊剂精准、快速涂敷,提出了对钛合金超塑成形/扩散连接成形前板料自动敷膜、激光刻形及止焊剂自动涂敷的新工艺思路。通过自动化手段,形成了一个较为优化的止焊剂涂敷工艺手段,止焊剂涂层厚度实现0.1mm精准可控,同时通过试验验证,以5x10-2/s~5 x10-4/s应变速率成功成形出满足要求的零件。     

铝锂合金超塑成形/扩散连接技术研究进展

轻量化材料与结构是现代航空航天工业的发展方向。铝锂合金密度小,比强度、比弹性模量高,是理想的航空航天材料。采用超塑成形/扩散连接工艺成形的空心夹层结构零件具有整体性好、设计自由度大、成形精度高、无残余应力等优点,而且能够大幅减重、降低成本,广泛应用于航空航天领域。针对航空航天领域对新一代复杂多层结构件整体化和轻量化的迫切需求,回顾了国内外铝锂合金的发展历程,介绍了国内外铝锂合金超塑成形、扩散连接以及超塑成形/扩散连接组合技术的发展现状及其在航空航天领域的应用,指出铝锂合金表面致密稳定氧化膜是阻碍其扩散连接接头质量提升的瓶颈问题,讨论去除铝锂合金表面的氧化层以及防止新的氧化层再生的相关工艺与机理,最后展望了铝锂合金超塑成形/扩散连接技术在航空航天领域的应用前景以及未来研究方向。     

TC_4钛合金超塑成形/扩散连接组合工艺应用研究

 TC4（Ti-6Al-4V）钛合金板材超塑成形/扩散连接（SPF/DB）组合工艺的可行性和对影响钛板SPF、SPF/DB的主要工艺因素。着重阐述某机框段和舱门的研制情况,提供了合理的工艺参数和流程。     

TC4钛合金超塑成形/扩散连接后电子束焊接技术

通过分析TC4钛合金超塑成形/扩散连接后的零件特征,设计了合理的电子束焊接试验方法,进行了电子束焊接接头的机械性能和微观组织试验分析,提出了解决焊缝中气孔缺陷的有效措施。     

钛合金超塑成形/扩散连接机身框段制造技术研究

本文简要阐述TC4（Ti—6 Al—4 V）钛合金板材超塑成形/扩散连接组合工艺的基础研究和为某机研制框段件的情况,并提供了合理的工艺参数和流程。     

Ti6Al4V钛合金LBW/SPF/DB夹层结构微观组织研究

采用激光焊接/超塑成形/扩散连接( LBW/SPF/DB)组合工艺制作Ti6A14V钛合金夹层结构试验件,分析超塑成形/扩散连接前后激光焊接区域及母材显微组织的变化.结果表明:超塑性变形过程中,β晶粒取向逐渐向拉伸方向转变,内部细小的片层状组织能使焊缝强硬度降低、塑性增加,从而能够承受拉伸过程中的弯曲、拉伸应力的联合作...     

钛合金超塑性成形过程的数值模拟

以TC4合金层板结构的超塑性成形过程为研究对象,采用有限元软件MARC模拟计算了TC4合金宽弦空心夹芯结构的超塑性成形过程。分别分析了应变速率敏感指数、目标应变速率及扩散连接宽度等参数对贴模过程及壁板厚度分布的影响。结果表明:当应变速率敏感指数较大时,夹芯结构会发生沿纵向挤出延伸变形;当目标应变速率为10-3时,材料表现出较佳的超塑性性能;而扩散连接宽度的大小对超塑性成形后板材壁厚分布的均匀性有一定影响。通过控制最大应变速率的方法,提取出了最优化的压力时间曲线。研究结论可为钛合金空心夹芯结构件的超塑性成形提供理论参考。     

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     

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。     

双层板激光焊接/ 超塑成形数值模拟及工艺研究

选取TC4 钛合金四层板加强结构中双层板为研究对象,采用激光穿透焊接工艺代替传统超塑成

形/ 扩散连接(SPF/ DB)工艺中涂止焊剂连接。借助ABAQUS 有限元分析软件对超塑成形过程进行分析,得到

优化的压力-时间(p-t)曲线,作为双层板超塑成形过程的气压加载曲线,进行实验验证。结果表明:成形后零

件壁厚分布均匀,焊缝处无撕裂现象,与有限元模拟结果保持一致;用此新工艺代替传统SPF/ DB 工艺中的止

焊剂具有可行性。

     

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%。     

应用六西格玛提高钛合金超塑成形/扩散连接产品合格率

应用六西格玛提供的质量改进方法和统计分析工具,按照界定、测量、分析、改进、控制的步骤,运用Pareto图、因果图、过程能力分析、多元回归分析等多种工具,深入分析钛合金超塑成形/扩散连接产品制造过程中产生缺陷的根本原因并采取改进措施,有效提高了制造过程能力和产品合格率。