超塑成形技術(shù)在耐熱結(jié)構(gòu)件上的應(yīng)用研究.pdf

1、先進(jìn)材料的超塑成形與超塑成形/擴(kuò)散連接技術(shù)，是航空航天領(lǐng)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(qiáng)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(xì)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(yīng)用最廣泛的鈦合金(TA15和TC4)作為研究對(duì)象，針對(duì)航空航天領(lǐng)域的耐熱結(jié)構(gòu)件，進(jìn)行了多層板結(jié)構(gòu)超塑成形/擴(kuò)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(cè)定了材料的最大伸長(zhǎng)率、最佳拉伸速度和最佳成形溫度T以及應(yīng)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(zhǎng)率，在溫度為930℃、拉伸速度為0.6 mm/min時(shí)，具有最大伸長(zhǎng)率，伸長(zhǎng)率近1500％；在930℃、拉伸速度為0.3 mm.min時(shí)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(shí)流動(dòng)應(yīng)

3、力在35MPa左右。 在研究熱力學(xué)理論和金屬擴(kuò)散理論的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了異種材質(zhì)鈦合金TA15和TC4的擴(kuò)散連接可行性試驗(yàn)，初步確定了兩種鈦合金的擴(kuò)散連接工藝參數(shù)，在此基礎(chǔ)上，制備出了擴(kuò)散連接件。 在對(duì)鈦合金擴(kuò)散連接工藝研究的基礎(chǔ)上，對(duì)鈦合金多層板結(jié)構(gòu)件的超塑成形問(wèn)題進(jìn)行了研究。通過(guò)先擴(kuò)散連接后超塑成形的方法，得出多層鈦合金板擴(kuò)散連接/超塑成形的最佳工藝參數(shù)。分析了顯微組織對(duì)接頭界面的影響和成形后板材的厚度分布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明

4、，最佳的擴(kuò)散連接參數(shù)為：連接溫度930℃，連接壓力2～5MPa，連接時(shí)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(shí)間為35min，成形壓力0.5MPa。 針對(duì)超塑成形技術(shù)在工程應(yīng)用中出現(xiàn)的成形缺陷進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析，建立了非對(duì)稱(chēng)模腔的面畸變模型和壓應(yīng)力轉(zhuǎn)移-表面褶皺模型，明確了復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)是形成表面褶皺的關(guān)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(mǎn)足工程實(shí)踐的要求，對(duì)