TA15钛合金超塑及扩散连接性能

TA15钛合金是一种近α型钛合金,具有较好的综合力学性能,最高使用温度可以达到500℃,在飞机和发动机结构中有着广阔的应用前景。通过研究TA15钛合金的超塑性和扩散连接特性,揭示了温度、压力、时间等工艺参数对TA15钛合金超塑成形伸长率和变形后的力学性能、扩散连接接头界面焊合率和微观组织的影响规律,获得了TA15钛合金最佳超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺参数及其典型结构SPF/DB制备工艺路线。通过制备典型结构件及对其组织和性能分析,验证了采用SPF/DB工艺制备TA15典型结构件的工艺可行性。     

Ti2 AlNb合金超塑成形/扩散连接工艺

为研究和验证Ti_2AlNb合金的超塑成形性能,对其热物性能进行了测试,得到Ti_2AlNb合金常温和高温下的热导率、比热容和热膨胀系数;结合热物性能测试结果,采用MSC. MARC软件对航空典型尺寸的2层Ti_2AlNb合金结构件进行超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺模拟,对其成形后的厚度变化和应力分布进行分析;采用超塑成形/扩散连接工艺成功制备出航空典型尺寸的2层Ti_2AlNb合金结构件,并对其关键部位厚度、扩散连接区域金相及扩散连接区域强度进行分析和测定。试验结果表明:在成形温度为970℃、应变速率为3×10~(-4)s~(-1)的条件下,可以实现2层Ti_2AlNb合金结构件的制备,且结构件成形质量好,满足航空工程制造要求,试验结果与模拟仿真结果吻合。     

Ti-55钛合金三层空心结构件的超塑成形/扩散连接工艺研究

研究了Ti-55钛合金的超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺。采用了先DB后SPF的工艺流程,确定了合理的工艺参数,成形出了Ti-55钛合金三层空心结构件。对三层空心结构件的整体成形质量和壁厚分布进行了分析,整体成形质量较好,厚度分布均匀。研究结果对于使用SPF/DB工艺制造Ti-55钛合金的多层空心结构具有借鉴意义。     

钛合金舵体芯板超塑成形/扩散连接工艺的有限元分析

利用有限元软件ABAQUS建立了激光预焊芯板的钛合金舵体超塑成形有限元模拟模型,并对TC4钛合金舵体芯板的超塑成形工艺进行了数值模拟,获得了优化的压力-时间加载曲线,最大气压为1.2 MPa,压力加载时间约为2400 s。模拟结果还表明,芯板变形过程中不同部位贴模先后顺序不同,但芯板总体厚度分布均匀。TC4钛合金舵体超塑成形的有限元模型分析结果为后续的激光焊接芯板的钛合金舵体超塑成形/扩散连接工艺提供了参考。     

基于激光预焊芯板夹层的超塑成形/扩散连接先进工艺

针对传统多层空心整体结构在超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺过程中存在的中心夹层焊接可靠性差的关键工艺问题,以某飞行器TC4(T-6Al-4V)钛合金舵体四层空心复合整体结构为对象,提出了激光预焊芯板夹层的超塑成形/扩散连接新工艺。基于有限元软件模拟仿真分析及相应的试验研究,采用激光预焊芯板夹层的SPF/DB先进工艺,进行某飞行器TC4钛合金四层空心复合整体舵体零件的研制。结果表明:运用SPF/DB新工艺,在920℃、真空度为5×10-3 Pa、最大气压压力为1.2 MPa条件下超塑成形/扩散连接成形出合格的舵体零件,其焊合率达95%以上,壁厚分布均匀性大于90%,晶粒尺寸长大控制在35%以内。     

全国钛合金成形技术交流会将在上海召开

现代飞机已大量采用钛合金结构件 ,其中钛合金超塑成形 /扩散连接技术不仅用于制造口盖、舱门 ,而且用于制造飞机的前缘缝翼、鸭翼和减速板。我国先进的飞机也大量采用了钛合金薄壁结构。采用先进的成形技术制造的钛合金压力容器已经进入了批量生产阶段。我国在“九五”期间进行和完成了多种牌号的钛合金国产化及钛合金零部件的设计、研制和集成验证 ,取得了一批丰硕的成果。特别是钛合金的超塑成形、超塑成形 /扩散连接、热成形技术、钛合金阳极氧化和化铣技术 ,有了长足的发展。为提高我国钛合金成形技术水平、扩大钛合金结构的应用范围、…     

钛合金多层板超塑成形/扩散连接数值模拟及工艺研究

超塑成形/扩散连接技术在产品轻量化、整体化方面正得到更广泛的应用。本文以成形件质量为控制目标,通过数值模拟与试验分析相结合的方法对钛合金多层板超塑成形/扩散连接技术进行了研究。通过MARC有限元分析软件建立了多层板SPF/DB有限元分析模型,模拟预测钛合金板料的壁厚分布规律,并获得优化的压力-时间(P-t)曲线,为后续试验的成形气压控制提供参考依据。基于模拟优化,通过工艺试验得到了良好的超塑扩散连接四层板结构件,实现了SPF/DB成形过程控制的科学化。     

扫描方式和退火热处理对激光快速成形TA15钛合金组织与性能的影响

分别采用单向扫描和编织扫描方式,激光快速成形了两个TA15钛合金厚壁零件,研究了扫描方式、退火热处理对TA15钛合金组织和拉伸力学性能的影响。结果表明,激光快速成形TA15钛合金具有良好的金相组织热稳定性。编织扫描方式可显著细化TA15钛合金的金相组织,与单向扫描方式制备的TA15钛合金相比,编织扫描方式制备的TA15钛合金具有更高的力学性能。两种扫描方式制备的TA15钛合金,其沉积态和热处理态的拉伸性能具有各向异性,经940℃/1 h/AC热处理后,两种扫描方式制备的TA15钛合金沿水平方向和垂直方向的拉伸力学性能均超过TA15钛合金退火锻件的力学性能标准。     

TC4钛合金大深腔反向变曲率复杂蒙皮零件成形工艺

以TC4钛合金大深腔反向变曲率复杂蒙皮零件为研究对象，设计了两种成形工艺方案，分别为超塑成形工艺方案、热成形+超塑成形工艺方案，采用PAM-STAMP软件进行了工艺仿真分析，得到了零件成形过程中厚度的变化，预测了零件的成形质量，确定了采用热成形+超塑成形工艺方案，并设计了相应的成形模具进行试验验证。结果表明，采用热成形+超塑成形组合工艺可成功制备出合格的TC4钛合金大深腔反向变曲率复杂零件，成形后零件最薄处厚度约为1.24 mm,减薄率约为22.5%,满足设计强度要求，同时成形结果与仿真结果一致。     

钛合金板料先进成形制造技术研究进展

系统地综述了钛合金板超塑性成形、超塑/扩散连接、热旋压、数控渐进成形和蠕变成形等多种先进成形工艺,介绍了基本原理、工业应用和最新进展,并指出了未来的技术方向。     

大型双曲率非等厚TC4钛合金壁板整体SPF/DB成形工艺及优化

针对大型双曲率非等厚TC4钛合金壁板整体SPF/DB成形工艺进行了研究.由于零件尺寸超过1800 mm,型面复杂(双曲率,弦高为330 mm),壁厚分布不均匀,成形后出现了严重开裂(多于6处)、明显缩沟(深度大于1.1 mm)和不贴模等缺陷,且在成形后难于通过化铣精确控制壁厚分布,提出了预变形、化铣、扩散连接和超塑成形...     

钛合金空心风扇叶片成形三维有限元分析

随着高旁路涡扇发动机在军用、民用飞机上的应用,采用超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术制造大尺寸钛合金宽弦风扇叶片已经成为涡扇发动机的一项关键制造技术.钛合金空心风扇叶片的成形过程包括3个阶段:扭转成形、热成形、超塑成形.在本研究中,为了分析空心风扇叶片的成形过程,建立了一个三维有限元模型,钛合金的变形行为符合Backofen方程.通过三维有限元模型,分析扭转速率、热成形模具下落速度、超塑成形目标应变速率、板材与模具之间的摩擦系数、芯板和面板的厚度比等参数对成形力的影响规律.研究表明,随着扭转速度、热成形模具的下落速度、目标应变速率、板材厚度比的提高,成形力将提高,而摩擦系数对成形力的影响很小.     

基于PAMSTAMP2G的四层超塑成形/扩散连接构件的数值模拟

超塑成形/扩散连接(简称SPF/DB)成形技术是一种高效的整体构件成形技术,是航空航天大型复杂钛合金薄壁结构件制造的主要工艺方法之一。采用板料成形模拟软件PAMSTAMP2G对一种TC4钛合金四层板SPF/DB构件的成形过程进行了数值模拟。根据零件的结构特点,设计加载两条优化的压力—时间曲线。分析了SPF/DB成形过程中材料流动规律和壁厚分布情况。通过实际零件的成形实验,测量零件截面12个关键点厚度值,分别与相对应的模拟结果进行了对比。结果显示,变形过程与厚度符合实际分布规律,最大厚度误差为0.148 mm。     

钛合金在航天飞行器上的应用和发展

主要介绍了高强韧钛合金、高温钛合金、低温钛合金和铸造钛合金及钛合金的先进成形技术在航天色行器上的应用,指出了钛合金发展现状和趋势。其中对粉末冶金技术和超塑成形／扩散连接（SPF／DB）技术做了较详细的介绍。重点介绍了美国和俄罗斯的粉末冶金技术发展现状和我国粉末钛合金技术在多种型号产品研制中的应用情况。同时指出超塑成形／扩散连接新技术为克服钛合金成形昂贵又难以加工而受到限制的问题提供了新途径。     

钛合金高尔夫球杆头超塑气胀成形技术研究

针对传统钛合金高尔夫球杆头生产工艺复杂、效率低、成本高的不足,利用钛合金在一定条件下具有良好超塑性这一莫大的优势,开发了钛合金高尔夫球杆头的超塑气胀成形工艺。运用ABAQUS有限元分析软件,对高尔夫球杆头本体部分在钛合金最佳超塑状态下超塑气胀成形的过程进行了数值模拟分析,揭示了成形过程中应力、应变及厚度分布规律,进一步得到该超塑状态下的压力一时间成形曲线,为后续试验提供了有效参考,同时预测了超塑气胀成形高尔夫球杆头工艺的可行性,模拟结果为钛合金高尔夫球杆头超塑气胀成形工艺与模具优化设计提供了理论依据。     

钛合金四层板结构超塑成形/扩散连接工艺

对Ti2AlNb钛合金四层板夹层结构超塑成形/扩散连接(SPF/DB)进行研究,模拟分析板料在成形过程中的等效应变和壁厚分布规律,优化了压力-时间曲线,为实验提供理论指导和压力加载依据;采用Ti2AlNb热轧板进行SPF/DB实验,对比分析不同工艺参数对成形效果的影响。结果表明,当采用优化的压力-时间曲线进行超塑成形加载,且扩散连接的温度940℃、时间180min、压力10MPa时,成形效果良好,直立加强筋处扩散连接充分,接头处的焊合率达到90%。     

面向超塑成形工艺的数字孪生系统研究

为解决超塑成形工艺中热-力-气多物理场集成控制的难题,提升轻量化多层复杂结构件的成形质量、生产效率和产品一致性,通过信息技术与材料、工艺及设备的融合,开发了一种超塑成形工艺数字孪生系统。研究了超塑成形生产单元的物理模型、基于工艺流程的数字孪生体建模、基于边缘网关的多源异构数据采集存储、工艺数据库和数据可视化等关键技术。最后,在自主研发的8000 kN超塑成形/扩散连接设备上开展了实验验证,完成了TC4钛合金半球成形全过程,实现了对超塑成形设备和工艺的可视化监测与控制。为实现超塑成形工艺的数字化、自动化、智能化提供了途径和方法。     

Ti-55钛合金双层板的超塑成形/扩散连接数值模拟及工艺试验北大核心CSCD

超塑成形/扩散连接技术是利用钛合金在低应变速率、合适的温度环境下伸长率高和变形阻力小的特点,在一次加热条件下同时完成气胀成形和扩散焊接,制造空心带夹层零件。选择典型的钛合金双层板中空构件为研究对象并制定成形工艺方案,采用有限元分析方法,模拟板件在超塑性状态下的成形过程,观测其在模腔内的气胀成形过程。其次通过分析成形构件的壁厚分布情况,调整并确定气压力-时间曲线用于指导工艺试验。最后对构件进行工艺试验和质量分析,取得不同压力模式下的扩散连接金相组织,以及与数值模拟相同取样点处的气胀成形壁厚数据,验证数值模拟结果与实际成形结果的偏差。     

钛合金Kagome点阵SPF/DB成形工艺及结构优化

超塑成形/扩散连接工艺(SPF/DB)可成形钛合金复杂曲面变厚度混合点阵结构，但因非均匀塑性变形会导致点阵内筋壁厚不均，对此类点阵结构的设计优化属于典型的多设计变量的高度非线性问题。将Kriging响应面模型和遗传算法引入到SPF/DB工艺制备的Kagome点阵结构优化设计中，并基于SPF/DB制造和面压缩性能的有限元仿真结果，构建了Kriging响应面，获得了结构参数对表面凹陷深度和面抗压强度的影响规律，采用遗传算法获得优化后的结构参数，并进行了实验验证。采用厚度为0.8 mm的芯板和1.2 mm的面板，利用SPF/DB工艺制备了Kagome点阵结构，发现在筋条与焊接点的过渡圆角处产生集中变形，最大减薄率为37.8%,面抗压强度为4.36 MPa,证明了结构参数的有效性。     

大型复杂型面动车车头零件快速超塑成形工艺研究北大核心CSCD

以动车车头左前侧壁板为研究对象,对铝合金左前侧壁板的快速超塑成形工艺进行了研究。基于左前侧壁板零件的三维形状,设计了快速超塑成形凸模和凹模,采用凸模成形,以壁板内型面作为凸模主要型面。利用MSC.MARC软件对左前侧壁板的热冲压、反胀超塑成形和正胀超塑成形阶段进行有限元分析,选择合适的反胀时间以控制反胀厚度,正胀实现零件的最终成形,最薄部位位于零件加工余量处,最大减薄率为21%,局部有聚料现象。之后进行了左前侧壁板快速超塑成形实验,在上端和前端中部有褶皱现象,与有限元分析结果基本吻合,对成形过程进行工艺改进后,成功地制造了表面质量良好的左前侧壁板。最后,对成形后材料的力学性能、零件的厚度分布和形状精度进行了测量。