超塑成形技術在耐熱結構件上的應用研究.pdf

1、先進材料的超塑成形與超塑成形/擴散連接技術，是航空航天領域中材料及其成形研究的重要內(nèi)容之一。鈦合金和鎳基合金都具有強度高、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)良性能，但其在常溫下或變形抗力高，或塑性較差。將其處理成等軸細晶組織的狀態(tài)，在超塑溫度下，成形性能就變得異常地好。 本文分別以應用最廣泛的鈦合金(TA15和TC4)作為研究對象，針對航空航天領域的耐熱結構件，進行了多層板結構超塑成形/擴散連接工藝研究及缺陷模型分析。系統(tǒng)研究了TA15的超塑拉

2、伸性能，測定了材料的最大伸長率、最佳拉伸速度和最佳成形溫度T以及應變速率敏感性指數(shù)m。研究表明，TA15在較高溫度880℃-930℃和較高拉伸速度0.6 mm/min下具有高的伸長率，在溫度為930℃、拉伸速度為0.6 mm/min時，具有最大伸長率，伸長率近1500％；在930℃、拉伸速度為0.3 mm.min時m值為0.71。綜合考慮，TA15合金的合理超塑形成形溫度在900℃左右，合適拉伸速度在0.6 mm/min左右，此時流動應

3、力在35MPa左右。 在研究熱力學理論和金屬擴散理論的基礎上，進行了異種材質(zhì)鈦合金TA15和TC4的擴散連接可行性試驗，初步確定了兩種鈦合金的擴散連接工藝參數(shù)，在此基礎上，制備出了擴散連接件。 在對鈦合金擴散連接工藝研究的基礎上，對鈦合金多層板結構件的超塑成形問題進行了研究。通過先擴散連接后超塑成形的方法，得出多層鈦合金板擴散連接/超塑成形的最佳工藝參數(shù)。分析了顯微組織對接頭界面的影響和成形后板材的厚度分布。實驗結果表明

4、，最佳的擴散連接參數(shù)為：連接溫度930℃，連接壓力2～5MPa，連接時間30min，真空度高于6.5×10<'-2>/Pa；最佳的超塑成形參數(shù)為：成形溫度930℃，成形時間為35min，成形壓力0.5MPa。 針對超塑成形技術在工程應用中出現(xiàn)的成形缺陷進行了動態(tài)分析，建立了非對稱模腔的面畸變模型和壓應力轉(zhuǎn)移-表面褶皺模型，明確了復雜的應力狀態(tài)是形成表面褶皺的關鍵原因。在超塑成形工藝中，靜態(tài)的工藝參數(shù)已經(jīng)不能滿足工程實踐的要求，對