鈦合金四層板結(jié)構(gòu)超塑成形-擴(kuò)散連接工藝數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代航空航天事業(yè)的快速發(fā)展，其產(chǎn)品除了在數(shù)量方面得到大幅提升，整體結(jié)構(gòu)也將朝著重量輕、性能高和成本低的方向發(fā)展。超塑成形/擴(kuò)散連接(簡稱SPF/DB)技術(shù)作為現(xiàn)代航空航天領(lǐng)域一種先進(jìn)的制造技術(shù)，利用其制造的多層板結(jié)構(gòu)具有重量輕、整體性能好等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成功應(yīng)用于飛機(jī)的艙門、壁板、機(jī)身隔框以及航空發(fā)動機(jī)等。本文以TA15鈦合金為原材料，進(jìn)行了四層板結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究。
　　首先利用高溫拉伸試驗(yàn)進(jìn)行了TA15鈦合金的超塑性能研

2、究。采用普遍使用的等應(yīng)變速率拉伸法，研究分析了TA15鈦合金在不同溫度和應(yīng)變速率下的拉伸情況。結(jié)果表明:TA15鈦合金在溫度920℃，應(yīng)變速率5.25×10-4s-1條件下具有最佳超塑性，延伸率可以達(dá)到1100％，應(yīng)變速率敏感性指數(shù)m=0.57，K=1018，流變應(yīng)力在15MPa左右。
　　針對帶有加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的四層板特點(diǎn)，在進(jìn)行簡單四層板的數(shù)值模擬時(shí)，先對十字加強(qiáng)筋進(jìn)行數(shù)值模擬，分析擴(kuò)散接頭寬度與芯板厚度之比r=b/t0對芯板減薄

3、程度的影響。模擬結(jié)果表明:當(dāng)r=2～3時(shí)，芯板減薄情況較為良好。在選取較合適的接頭寬度后，對簡單四層板進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出優(yōu)化的P-t曲線用于后續(xù)試驗(yàn)研究。
　　最后在理論研究和數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了TA15鈦合金四層板成形試驗(yàn)，并對成形件進(jìn)行了表面質(zhì)量檢查、典型部位厚度分析以及擴(kuò)散連接部位顯微組織分析等。分析結(jié)果表明:經(jīng)過數(shù)值分析優(yōu)化后的成形零件表面質(zhì)量完好，無溝槽、起皺等缺陷;整個(gè)成形件厚度分布較均勻，內(nèi)部加強(qiáng)筋直立情況良好