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。     

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。     

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。     

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。     

超塑性模锻在航空锻造中的应用

超塑性模锻工艺是近几年中发展起来的一种少无切削加工和精密成形技术的锻造新工艺。它利用金属材料的超塑特性(最佳的塑性)使毛坯成形,得到形状复杂及尺寸较精确的锻件。近年来,高温合金和钛合金的使用不断增加,这些合金的特点是:流变抗力高,可塑性低,具有不均匀变形所引起机械性能各向异性的敏感性,难于机械加工及成本高昂。如采用普通热变形锻造工艺时,机械加工的金属损耗达80％左右,往往不能满足航空零件所需的机械性能,但是采用超塑性模锻方法,就能改变过去肥头大耳的落后锻造工艺。     

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。     

30CrMnSiA钢连接座超塑性等温精锻技术的研究

 <正> 超塑性等温锻造作为新工艺自70年代以来,已在航空航天、机械电子、轻工行业等得到推广应用。长时间内,国内主要在钛合金、铝合金等工业材料上开展了成形研究和应用。本文则对高强度30CrMnSiA钢连接座件进行了超塑性等温成形工艺试验,并在钢的超细化预处理和变形中组织结构变化等研究的基础上进行成形工艺的研究。     

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。     

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...     

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     

基于正交试验原理的钛合金环形气瓶超塑性成形过程的数值模拟

运用刚(粘)塑性有限元方法和正交试验原理对钛合金环形气瓶的超塑性成形过程进行了数值模拟,分析了变形过程中板料的厚度、摩擦系数和环形毛坯的内外径尺寸等对成形件壁厚分布的影响规律,从而揭示了钛合金板材在气胀过程中的超塑性流变规律。基于对有限元数值模拟结果的分析,探索了钛合金环形气瓶超塑性成形过程中典型缺陷的形成机理,并给出了相应的消除缺陷的技术方案,通过有限元模拟和与实际情况的对比,证明了所提技术方案的可行性。     

钛合金板超塑性成形/扩散连接成形因素影响的数值模拟

通过对超塑性成形与扩散连接(SPF/DB)成形原理和过程的讨论,以最优成形温度下的Ti-6AL-4V合金材料特性和超塑性成形气压加载理论优化结果为依据,利用Ansys有限元软件的建模和数值模拟,提取夹层板作为研究对象,建立模型和定义材料性能参数,定义接触和加载方式。     

钛合金宽弦空心风扇叶片高温弯扭成形及性能调控研究

利用UTM 5504X电子万能试验机对TC4钛合金在变形温度650～850℃和应变速率10^–3～1 s^–1条件下进行高温拉伸试验,研究了TC4钛合金热变形行为,建立了修正的Misiolek硬化方程,可以准确预测该材料在不同变形条件下的流动应力。同时构建TC4钛合金空心叶片的高温弯扭成形有限元模型,结合有限元仿真研究结果确定空心风扇叶片弯扭成形的最佳工艺参数为扭转成形温度750℃、扭转成形截面550 mm和扭转角速度1.938°/min。结合微观组织试验观察发现,高温变形条件下α相含量减少,β相含量持续升高,材料具备较高的延伸率和塑性成形性能。最终通过弯扭成形制备的空心叶片的叶身整体过渡圆滑、无表面缺陷,成形质量良好,研究结果可为TC4钛合金宽弦空心风扇叶片批量化制造生产提供指导性意见。     

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%。     

Ti-5Al-2.5Sn ELI钛合金低温变形机理研究

为满足我国大型航天运输系统对130 L低温冷氦气瓶的应用需求,采用Ti-5Al-2.5Sn ELI钛合金板材结合超塑性等温精密冲压工艺研制了130 L低温冷氦气瓶,并系统研究了Ti-5Al-2.5Sn ELI钛合金的低温变形机理。研究结果表明,Ti-5Al-2.5Sn ELI钛合金在20 K条件下呈现出滑移+孪生交替进行的变形行为,原始板材的不完全再结晶现象在热成形过程中得以消除,且球体本体的完全等轴再结晶组织及曲折晶界特征可以很好地协调Ti-5Al-2.5Sn ELI钛合金的低温变形过程,使其具备优异的低温力学性能。说明采用的超塑性等温精密冲压工艺是一种研制大规格航天压力容器行之有效的工艺方案。     

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。

     

TC11合金最大m值超塑变形机理

众所周知,应变速率敏感性指数m值是材料超塑性能的重要特征参数,通常m值越大则超塑性越好。介绍了最大m值超塑变形的新方法。该方法的思路是：在塑性变形过程中,通过动态测定m值并实时控制变形速度,使m值始终保持最大值;同时结合TC11钛合金(Ti₆₅Al₃₅Mo₁₅Zr₀3Si) 高温拉伸实验,实现了最大m值超塑变形方法,在900 ℃拉伸时获得了最大延伸率2300%。由金相及电子技术分析发现TC11钛合金超塑性变形以晶界滑移为主,并伴随晶内位错滑移。最大m值法超塑性变形能够使动态再结晶充分发生,是提高钛合金塑性的有效方法。     

全国钛合金成形技术暨第六届超塑性研讨会在上海召开

全国钛合金成形技术暨第六届超塑性学术研讨会于 2 0 0 2年 12月 9日至 12日在上海召开。会议由北京航空制造工程研究所主办 ,中国航空第一集团公司科技发展部、中国锻压学会超塑性专业委员会以及中国航空学会工艺专业分会协办。来自海军、空军、航空、航天、兵器等国防工业部门、大学、研究院所和材料生产等 5 0多个单位的近 12 0名代表出席了会议 ,会议还邀请法国ＡＣＢ公司从事超塑成形技术的专家做报告。会议上各位专家学者就“钛合金成形技术的工艺研究”、“材料超塑性的理论及实验研究”、“钛合金ＳＰＦ/ＤＢ结构的设计技术”、“钛…     

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。     

基于钛合金口盖的超塑成形/扩散连接工艺研究

应用于飞行器的口盖具有非常复杂的双曲率外形,口盖外侧为光滑的变曲率的气动表面,内侧为带有"田"字形的空腔结构用以减轻口盖重量。鉴于零件外形及结构的复杂性,采用先扩散连接(DB),然后预弯热成形,最后进行超塑成形(SPF)的组合工艺方式,对TC4钛合金双层板在热成形机床上进行试验。通过试验,确定了TC4钛合金成形口盖的最佳工艺参数,其成形口盖经过机加修剪,边线与模型基本一致。