钛合金超塑成形工艺及应用

钛合金（jīn）具有抗疲劳、比强度高（gāo）、耐腐蚀耐高温、一定的形状记忆性能、优越的（de）力学性质、化学性质稳定等优点,在（zài）航空航天、化学化工等（děng）领域得到了（le）越（yuè）来越广泛的应用。但是钛合金也具有弹性（xìng）模量低、冷变形抗力大、屈强比高、塑性不高、回弹（dàn）严重、冷加工性能差等缺点（diǎn）,使其在加工后容易产生回弹以及各向异（yì）性炉。因此,各国学者与专家加强了对钛合金（jīn）超塑性的研究。所（suǒ）谓超塑性是指材料在一定的内部条件和外部条（tiáo）件下,呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象。

1、钛合金的超塑成（chéng）形工艺

1.1 钛合金超塑成形的条件

(1)温度:即恒定的变形温度。不同的钛合金其温度有所不同,但是大概的区间在700~1000℃之间。比如（rú）Ti-6AL-4V的温（wēn）度是850℃。

(2)应变速率:具有（yǒu）超塑性的（de）金属一般具有缓慢的应（yīng）变速率,这是因为（wéi）原子扩散需要充分多的时间。比如Ti-6AL-4V的应变速率为1.3×10-4~10-3 s-1。

(3)超细晶粒结构:要求具有等（děng）轴、细微的晶粒结构（gòu）,比如钛合金的晶粒尺（chǐ）寸（cùn）小于3mm。

以上3个（gè）条件,除了晶粒结（jié）构是由原材料的性质来决定（dìng）、作保证的以外,温度和应变速率都可以由超塑成形（xíng）设备和工艺来保证。

1.2 钛合金超塑（sù）成形（xíng）的（de）模具

因为钛合金（jīn）超塑成形的温度一般在700℃~1000℃之间,因此对模具的材料（liào）的性质有着特殊的要求,比（bǐ）如较高（gāo）的（de）高温强度、热稳定性要好、热膨胀系数要小、材料价格低（dī）廉、加工制作方面等等,目（mù）前（qián）主要有耐热合金、耐热钢、陶瓷和碳纤（xiān）维增强复合材料模具等等。比（bǐ）如碳纤维增强复合材料模具,其变形抗（kàng）力在室温和1000℃高温的环境下几乎是（shì）相等（děng）的,而且碳纤维增强复合材料模（mó）具只有耐（nài）热钢模具重量的（de）1%;碳纤维增强复合材料模具在冷却时,其收缩率小于成形零件（jiàn）,利于零件的脱模;碳纤维增强复合材料模具的制模设备价（jià）格低廉。

1.3 钛合金超塑成（chéng）形的（de）工艺

(1)高温加热（rè）:钛合金超塑（sù）成形一（yī）般采用模具炉内加热（rè）法,即（jí）模具放进炉内高温加热,直至加（jiā）热（rè）到超塑（sù）成形的温度,再把钛合金（jīn）原料放入模具内,靠模具的（de）热传导使钛（tài）合金原（yuán）料升温到超塑成形温（wēn）度。

(2)密封:因为钛合金超塑成形是气压成形,因此模具和钛合金原料（liào）都要密封处理。

(3)真空:为了保证钛合金零件贴膜良好,对钛合金原料起到保护作用,要对模腔内抽真空。

(4)刷保护涂料:因为钛合金（jīn）超塑成形温度很高,为了防止其氧化和吸氢,需要（yào）在钛合金原料表面刷上一层保护涂料,起到保（bǎo）护层（céng）的作用。对于（yú）保护涂料也有一（yī）定的特殊要求,比如要可（kě）以生成一层致密的保护膜,且具有（yǒu）良好的耐高温性、热稳定性和润滑性,对模具和钛合金零件不能有污染（rǎn）,价格要（yào）便（biàn）宜,而且易于涂刷和清洗,比较常用的有石墨水剂、高温油漆。

(5)充气:由于钛（tài）合金超塑成形是气压（yā）成形,因（yīn）此要向模具（jù）里压入一定压力的惰性气体(为了防止钛合金在高温下氧化（huà）和吸氢),并且充气速率要缓慢。

公司是一家集精密（mì）机械（xiè）零部件加工，北京不锈钢零件加工,北京（jīng）钛合金加工（gōng）各类工装夹具、治具（jù）、非标设备设计制造以及冲压模（mó）具、注塑模具、橡胶模具加工的专业（yè）厂（chǎng）家，是中国模（mó）具协会会员企业。

2、钛合金超塑成（chéng）形（xíng）的（de）一些实例

2.1 超塑等温锻造

超塑等（děng）温锻造（zào）是使（shǐ）用耐热合金模具进行锻造,在模（mó）具周围包裹高（gāo）频感应加热线圈,使钛合金原（yuán）料和（hé）模具在相同的温度（dù）下成形（xíng）,得到更接近需（xū）要零件持（chí）续的（de）工件,省（shěng）去后续（xù）精加工,降低成形成本。比如上海钢研所用等（děng）温锻造对Ti-5AL-4Mo-9Cr-2Sn-2Zr进行（háng）了超塑成形,生产出（chū）超生换能器变幅杆（gǎn）和带叶片的整体涡轮盘（pán）,不仅降低（dī）了加工时间,也使成形成（chéng）本降低了20%~30%。

2.2 气压成形

气压成形是***能体现钛（tài）合金超塑（sù）成形全（quán）部特点的工艺。它具有一次加工成形、加工简单、加工零件尺寸不受限制、成形压力小、模具成本低、不会产生残余应力(因为是低速成形)等优点。比如北（běi）京机电（diàn）研究所利用气压成形制（zhì）造了球底件、波纹（wén）板（bǎn）等等。

2.3 超塑性成形与扩散链接的结合

超塑成形与扩散链接的方法是利用（yòng）材料的超塑性与扩散（sàn）链接在同一温（wēn）度下的特性,在成形的（de）同时完成连接,制造（zào）出形状各（gè）异的整体零（líng）件。美国是***早利用钛合金超塑性成形与扩散链接的结合（hé）的技术研究与应用的。资料显示,1986年美国麦道公司生产的F215战斗机上就有（yǒu）钛合金SPF/DB结构件约100个。

2.4 真空成形

真（zhēn）空成形是在超塑性温度范（fàn）围（wéi）内,将板材在真空环境下压入（rù）模具成形,一般（bān）采用陶瓷模具,可（kě）以防止零件在高温下蠕（rú）变而产生皱褶。资料显示,美（měi）国与日（rì）本已经利（lì）用了真空成形方法加工了Ti-6AL-4V合金（jīn）。

3、钛合金超塑（sù）成形的应用

钛合金超塑成形主要应用在航天航空（kōng）领域。在国外,钛合金超（chāo）塑成形工艺已经用（yòng）于BAe125行政机应急舱门的（de）生产,使飞机减重10%,成本降低30%;用于ATP直升机检修舱门的生产,使其成本（běn）降（jiàng）低（dī）40%;用于F-15战斗机隔热板、发动机喷口、起落架（jià）舱门、后机身上部钛（tài）外壳的生产,使F-15战斗机减重72.6Kg;用于B-1轰（hōng）炸机检修舱门（mén）、短舱框架的生产（chǎn）,使B-1轰炸机（jī）减重31%,成本降低50%。

我国（guó）开展钛合金超塑（sù）成（chéng）形工艺的研究也有快20年的历史了,在（zài）国内,钛（tài）合金超（chāo）塑成形已经应用（yòng）于电瓶罩的（de）生产,替代了不锈钢件,使电瓶罩减重47%,成本降低50%;应用于发动机维护口盖的生产（chǎn）,代替了铝合金铆（mǎo）接件,使发（fā）动机维护口盖减重20.5%,成本降低55%。

联系我（wǒ）们

电话：0917－3377899

QQ：39087695（群）

微信：18049179895

地址：陕西省宝鸡市高新大道90号

官网：3377899.com