[發明專利]一種鈦合金薄壁零件熱拉伸蠕變復合成形方法

有效

• 申請號: 201110308987.X
• 申請日: 2011-10-13
• 公開（公告）號: CN102367563A
• 公開（公告）日: 2012-03-07
• 發明（設計）人: 李小強;肖軍杰;李東升;張超
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: C22F1/18
• 分類號: C22F1/18
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域

本發明涉及金屬零件的成形方法，尤其涉及一種鈦合金薄壁零件熱拉伸蠕變復合成形方法，屬于熱加工技術領域。

技術背景

鈦合金材料具有高比強度、高極限強度、以及具有和復合材料優良的冶金學方面的相容協調特性，電偶腐蝕小，因此，大型鈦合金薄壁零件是航空航天領域耐高溫、長壽命要求優先采用的先進輕量化高效結構，但是其精確成形難度大、過程復雜，通常采用熱成形。如果采用傳統的坯料加熱方法，如火焰加熱、噴燈加熱、加熱爐加熱坯料等，則薄壁零件的散熱速度快，溫度不均勻，成形質量不穩定；采用模具整體加熱即將模具和坯料一起放入加熱爐內部進行加熱，可以提高成形質量，但是，一般情況下，模具體積遠大于待成形薄壁坯料的體積，絕大部分的熱量加在了模具上。據估計，在熱成形中，有超過80％的熱量消耗在模具、壓邊圈、爐體等非成形部件上；對于超塑成形，這一數據則達到95％，因此，傳統熱成形工藝中，熱量的有效利用率很低，造成了極大的能源浪費。而且在傳統熱成形工藝的加熱過程中，模具與坯料接收熱量的方式主要是熱輻射和熱傳導，熱量傳輸速度慢，如采用將模具和坯料一起放入加熱爐內部進行加熱，則爐體升溫速率在100～150℃/h，加熱時間長，并且根據工藝不同，加熱時間一般在1～n(n＞1)小時，因此這種加熱方法的熱效率低，生產效率也很低，難以適應小批量、精確成形的制造需求。

發明內容

本發明目的是為了解決對鈦合金薄壁零件進行熱成形時，如只加熱坯料，則薄板零件的成形質量差；如連同模具一起加熱，則熱量利用率低，浪費了大量的能源的問題，而提供一種鈦合金薄壁零件熱拉伸蠕變復合成形方法。

見圖2，本發明一種鈦合金薄壁零件熱拉伸蠕變復合成形裝置，包括：電源、拉伸成形設備、模具工裝、電極夾板、熱電偶、溫度控制系統、成形機鉗口、絕緣墊層和待成形坯料。(注：該成形裝置另有專利申請，專門介紹)

本發明一種鈦合金薄壁零件熱拉伸蠕變復合成形方法，它包括以下步驟：

步驟一、設備及材料準備：將模具工裝放置于拉伸成形設備上，將絕緣墊層放置在成形機鉗口內隔熱絕緣待成形坯料；

步驟二、通電加熱：電極夾板夾緊待成形坯料，采用變壓器將380V高壓變為3V～36V的安全電壓后給電極夾板通電，產生電流，對待成形坯料加熱；

步驟三、通過熱電偶實時測量待成形坯料的溫度，并實時調整電源的輸出電壓，使待成形坯料的加熱速率達到5～25℃/s，電源輸出的電流、電壓參數為：電壓為3V～36V、電流為500A～5000A；

步驟四、當待成形坯料的溫度達到600℃～750℃時，保持成形所需的目標溫度，拉伸成形設備的鉗口夾緊待成形坯料，以預定的應變速率進行預拉伸；

步驟五、預拉伸達到預應變后，拉伸成形設備的工作臺帶動模具工裝上移，在目標溫度下以預定的速率對成形坯料進行包覆成形，直至完全貼合模具；

步驟六、待成形坯料貼合模具后，在目標溫度下以預定的應變速率對成形坯料進行補拉，直至終應變；

步驟七、成形坯料在貼膜、保持目標溫度、終應變條件下，保溫一段時間，使坯料內部發生應力松弛，實現蠕變成形；

步驟八、切斷電源，停止對成形坯料供電，待冷卻后取下成形零件，加工結束。

其中，步驟一中所述的絕緣墊層是石棉布、云母片、陶瓷纖維氈、石棉橡膠板材料；

其中，步驟四中所述的預定的應變速率是為1.0*10^-2～1.0*10^-4/s；

其中，步驟五中所述的達到預定的預應變是0.1～4％；以預定的速率對成形坯料進行包覆成形，該預定的速率是1.0*10^-2～1.0*10^-4/s；

其中，步驟六所述的“在目標溫度下以一預定的應變速率對成形坯料進行補拉，直至終應變”；該目標溫度是700℃，該預定的應變速率為1.0*10^-2～1.0*10^-4/s，該終應變為0.1～8％；

其中，步驟七所述的保溫一段時間是保溫5～100Min；

其中，從步驟二至步驟七，坯料溫度實現溫度閉環形狀控制。見圖5和圖2，一個電源1被連接在待成形坯料9的兩端，由于待成形坯料9和拉伸成形設備2是絕緣的，這樣可在坯料自身內形成電流，實現自阻加熱。電源電流通過溫度反饋信號，采用PLC控制。這里，一個常見的閉環PID控制系統自動調整待成形坯料9在成形過程中的溫度變化，這個控制在整個成形周期內是自動可編程控制的。，