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。     

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。     

BTi-62421S 高温钛合金超塑性能及应用

对BTi-62421S高温钛合金进行了高温超塑性拉伸实验,通过研究超塑条件下的力学性能、金相组织及拉伸断口形貌,确定了该合金高温拉伸条件下的断裂机制及超塑成形最佳变形工艺参数,在此基础上进行了BTi-62421S钛合金框架零件的超塑性成形实验。结果表明:BTi-62421S钛合金在920℃,应变速率10-3/s时具有最佳超塑性能,伸长率达到448.5%;该合金拉伸断裂机制以韧性断裂为主,但在不同变形参数下伴随着不同程度的脆性断裂;在超塑条件下可以成形出满足使用要求的航天用钛合金框架零件。     

材料参数对超塑性恒压充模胀形过程影响的数值分析

 采用大变形刚粘塑性有限元法模拟了超塑性恒压充模胀形过程，分析了应变速率敏感性指数m、应变硬化指数n和厚向异性指数R等材料参数对胀形件厚度分布、成形时间、等效应变场及胀形成形能力的影响；通过对铝合金LY12CZ板料的相应实验对模拟结果进行了验证。     

7475系列铝合金超塑性流变学研究

在特定成形条件下,铝合金可表现出超塑性:(1)成形温度接近熔点温度(约600℃);(2)应变控制在相当低的水平(一般低于10-3 s-1)。该种性能使得材料在破坏前承受较大的变形量,可用来成形复杂的零部件。超塑性成形工艺可用来生产机身壁板等零件。然而,超塑性成形工艺的过程难以控制,事实上,主要存在的问题为预测最终成形零件的厚度分布以及确定成形气压规律,以便成形过程中不出现裂纹等缺陷。为了解决上述问题,一般采用有限元模拟的方法,同时需要具备良好的超塑性材料的性能知识。本文研究了7475铝合金的超塑性性能和该性能在成形中的运用。采用对称拉伸试样的结果确定了经典幂次方程的参数,采用最小二乘法减小试验和模拟误差确定了响应曲面,该曲面的结果与试验的误差小于10%。通过上述分析,采用Abaqus模拟复杂零件的超塑性成形过程,模拟的结果在关键区域未产生损伤,最后通过充气压试验来验证了数值模拟的结果。     

高应变速率超塑性研究的新进展

综述了高应变速率超塑材料及其变形机理和工业应用的最新进展.高应变速率超塑材料主要是铝基复合材料及铝合金,最近,对镁基复合材料、钛合金高应变速率超塑性能的研究也已开始.材料的高应变速率超塑性能使材料可进行超塑性锻造,使得该项技术具有诱人的工业应用前景.     

等半宽高矩形盒零件的超塑性胀形力学解析

本文在粘塑性本构方程基础上，对半宽与高相等的矩形盒零件进行了超塑性胀形力学解析，对变形危险点的应变速率加以最优控制，以使材料厚度分布相对均匀，并提高了形成极限。     

低熔点合金在C919飞机零件成形中的应用

根据70℃低熔点合金的导热性、表面张力、热熔及相变稳定性等特点,将它应用于C919飞机的门密封零件的成形,采用专用模具压弯成形方法进行加工。利用低熔点舍金加热熔化后填充型材毛料内部,常温下,待其冷却凝固后对零件进行加工成形,用低熔点塑性材料作为传力介质挤胀成形薄壁空心构件,研究了空心构件低熔点塑性介质挤胀成形机理、成形模具的结构、零件回弹和变形的修整。对低熔点合金材料的下一步研究进行了展望。     

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。     

超塑性成型工艺优化策略

超塑性能在较低应变速率下得到较大变形量,超塑性成型工艺在航空航天领域多用于制造铝合金零件,一般采用气压在高温下实现。为达到最佳成型效果,对其工艺的优化必不可少。对超塑性及其成型工艺做一简介,介绍了采用数值模拟和实验验证提出的超塑性成型工艺优化策略。提出对超塑性成型工艺的优化按单参数优化和多参数优化分类,并给出了相应分类的优化策略,着重给出了成型时间优化中的气压控制和控制空间搜索策略及零件厚度优化,指出了后续研究的方向。     

应变速率循环对Ti—10V—2Fe—3Al合金超塑性的影响

应变速率循环法是一种新式的超塑性试验方法,即试样在拉伸变形过程中,应变速率的大小按预定规律不断连续循环变化,直至试样拉断,从而获得材料的超塑性力学性能参数。本文采用这种方法研究了Ti-10V-2Fe-3Al合金的超塑性。结果表明,该合金具有良好的超塑性,同传统的恒应变速率拉伸试验相比,应变速率循环能有效地提高合金的超塑性能,获得更大的延伸率和更高的应变速率敏感性指数m值。例如,在最佳变形温度800℃条件下,延伸率从296％增大到440％,m值从0.36提高到0.48。应变速率循环为该合金超塑技术的应用开辟了新的途径。     

材料参数及静水压力对孔洞敏感材料超塑胀形影响的数值分析

本文将变形损伤效应引入到基于超塑成形的微观机理推导出的超塑性本构方程中，并将本构方程应用于刚塑性有限元模拟程序，分析了板料超塑胀形过程，研究了应变速率敏感性、孔洞长大以及叠加静水压力对孔洞敏感材料超塑胀形极限的影响，对模拟结果与实验结果进行了比较。     

美国航宇工业超塑成形近况

过去由于型面复杂、无法设计成整体而必须用紧固体连接的一些组合件,在应用超塑成形工艺之后便可重新设计成一个单片构件而减少了重量和成本。超塑性成形的零件没的残余应力,因此没有回弹;与传统的落锤成形比较,超塑成形不需要精确吻合的阴模与阳模而只需一个摸具,这样不仅减少了模具制造成本,也缩短了调整模具所需要的时间。由于模具较简单,对于生产量在50～10000件的零件应用超塑成形在成本上特别有竞争力。在超塑形(SPF,SUPER PLASTIC FORMING)中气体压力较低,只需2MPa左右,与大多数标准的金属成形与锻造工艺不同,SPF不因零件尺寸增大而需要增加成形压力,因此,尺寸较大的板金零件特别适合于应用SPF以发挥其优点,目前     

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.     

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     

TC6钛合金超塑性变形

对TC6钛合金在800~900℃温度区间内,分别进行应变速率为0.0001~0.1 s-1的恒应变速率法拉伸实验和最大m值法超塑性拉伸实验,获得拉伸过程应力-应变曲线,并采用金相显微镜对拉伸后断口附近显微组织进行分析。结果表明：TC6合金表现出良好的超塑性性能,随着应变速率或温度的升高,伸长率先增大后减小,恒应变速率拉伸时,在温度850℃、应变速率0.001 s-1条件下伸长率可达到993%;在同一变形温度下最大m值法拉伸能获得比恒应变速率法更好的超塑性,850℃时伸长率达到1353%;TC6合金在超塑性变形过程中发生了明显的动态再结晶,并随着应变速率和温度的升高动态再结晶行为增强。     

陶瓷基层状复合材料超塑成形数值模拟与实验研究

为研究陶瓷基层状复合材料的超塑性能,对其超塑拉深成形过程进行了有限元模拟。结果表明,由超塑性能差异较大的不同陶瓷材料构成的层状复合材料的应力应变状态明显优于相应单一陶瓷材料,因此,很有可能具有优异的超塑性。采用流延制膜和热压烧结工艺制备了Al2O3/3Y-TZP层状复合材料,通过高温拉深实验对该材料进行了超塑成形性能研究。实验表明,当采用合适的应变速率和变形温度时,Al2O3/3Y-TZP层状复合材料具有优良的超塑性能,从而证实了有限元模拟的结论。     

飞机承力构件的超塑成形／扩散连接工艺

本文介绍了国内采用超塑成形/扩散连接(SPF/DB)组合工艺技术,首次研制某型号飞机钦合金主承力框构件的工作进展和成果;给出了适用于承力构件的SPF/DB工艺方法、工艺流程和工艺参数;解决了大尺寸零件超塑成形、扩散焊质量的控制问题。     

单面正向和正反向超塑成形对TC4钛合金负角度零件性能的影响

利用MARC软件完成负角度零件模具设计,修改了获得的压力-时间曲线,并用加载曲线完成超塑成形实验。研究了单面正向、正反向超塑成形后TC4钛合金零件力学性能情况及负角度壁的壁厚分布,并对结果进行了分析。结果表明:圆弧连接面比垂直连接面有更好的壁厚分布;根据修改的加载曲线能够成形负角度零件;在壁厚最小的负角度壁,单面正向成形和正反向成形后零件的最大减薄率分别为67%和64%,壁厚分布标准差分别为0.186mm和0.125mm,说明正反向成形在提高零件最小壁厚的同时使壁厚分布更均匀;由高温稳态退火及应变诱发的晶粒长大致使零件的力学性能下降;正反向成形零件比单面正向成形零件氢氧含量高,塑性下降较多。     

铝合金超塑性成形技术

铝合金的超塑性是指铝合金在特定的条件下,表现出异常高的延伸率和很低的流动应力。根据试验。国产铝合金LD5和LY12其超塑性温度分别为495°±5℃和480°±5℃,延伸率可达127％和240％,流动应力只有1～2公斤/毫米~2。这种情况给金属形成带来很大的好处,使复杂形状的零件成形有了可能,可使成形压力大大降低,可以用小吨位的设备成形较大尺寸的零件。图1为铝合金棒料经超塑性一次挤压而成的零件。