[發明專利]提高超塑性成形件使用性能的方法

有效

• 申請號: 202010101014.8
• 申請日: 2020-02-19
• 公開（公告）號: CN111139413B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 張新平;王秀賓;尹德良
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C22F1/047
• 分類號: C22F1/047;C22F1/18;C21D7/13
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 劉海霞

本發明公開了一種提高超塑性成形件使用性能的方法。所述方法包括：(1)對合金材料進行處理使其具有超塑性；(2)將具有超塑性的合金材料加工成坯料；(3)坯料超塑性成形獲得半成品；(4)直接等靜壓處理半成品獲得成品零件，或者先對半成品進行機械加工再等靜壓處理獲得成品零件，或者先對半成品等靜壓處理再進行機械加工獲得成品零件。本發明通過等靜壓處理的方法提高超塑性成形件致密性，減小甚至消除超塑性成形過程中產生的空洞，顯著提高超塑性成形零件的強度、韌性、疲勞壽命等力學性能。

技術領域

本發明涉及一種提高超塑性成形件使用性能的方法，屬于金屬塑性加工技術領域。

背景技術

超塑性成形技術一般是指將合金或陶瓷通過高溫強時效、強應變軋制以及等通道角擠壓等形變熱處理后獲得超細晶(晶粒尺寸小于10μm)組織，從而實現超塑性，然后利用材料的超塑性成形常溫條件下無法成形的零件。超塑性成形技術廣泛應用于航空航天、軍事、通信、交通運輸等領域，譬如，利用8090鋁鋰合金制造出了F-15B鷹戰斗機的整流罩(尺寸為3.66m×406mm×305mm)；Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo鈦合金制作ISAS衛星上球形燃料箱[Sato,Eiichi,et al.Superplastic titanium tanks for propulsion system ofsatellites.Materials science forum.Vol.551.Trans Tech Publications,2007.]；工業AA5083鋁合金制作高鐵車頭覆蓋件[王國峰等.軌道交通用工業AA5083鋁合金快速超塑性成形技術研究[J].塑性工程學報,2019,26(02):37-42.]；AZ80A鎂合金制作汽車輪轂[李更新.鎂合金汽車輪轂預制坯超塑性成形研究[J].鍛壓技術,2014,39(06):71-74.]；以及鈦合金制作直升機上的撐桿、殲擊機上的整體鍛造鈦接頭鍛件等。超塑性成形技術的應用能夠減輕零件質量的同時提高其性能，簡化工藝，降低加工成本，此外還具有能夠精密成形形狀復雜和結構特殊的零件等優點。

晶界滑移是超塑變形的重要機制，晶界滑移會引起局部應力集中，阻礙晶界滑移的進一步發生，當應力集中無法借助位錯運動消除時，空洞就會形核，隨著變形程度增加，空洞長大。因此空洞被認為是材料在高溫下超塑性成形中普遍存在的組織變化。超塑性成形零件中空洞的存在，不僅造成其致密性的降低，最主要的是嚴重影響零件的機械性能，特別是強度和斷裂韌性。

目前，防止超塑性成形件空洞產生的方法主要有：(1)降低成形加工溫度。雖然降溫抑制晶粒長大能夠降低空洞的形成，但是溫度降低將提高材料的屈服強度，降低了塑性韌性，造成超塑性成形時所需的外力提高，超塑性成形時延伸率達不到預期，形成開裂等缺陷。(2)添加合金元素。通過第二相元素在高溫下對晶界和位錯的釘扎，抑制熱變形過程中再結晶的發生，從而減小空洞形成[Z Liang,Q pan et al.Effect of minor Sc and Zraddition on microstructures and mechanical properties of Al-Zn-Mg-Cualloys.Transactions of Nonferrous Metals Society of China17.2(2007):340-345.]。該方法存在著第二相元素改變材料本身的性質，同時限制可使用的合金種類問題。(3)優化工藝及模具。設計分步加工工藝，生產工藝復雜性提高，生產周期及加工成本都相應提高。優化模具結構的方式需要設計者有豐富的加工經驗，而且需要通過多次試模，優化等工藝，增加了生產周期及成本。此外該方法只能減小空洞形成，無法完全消除。(4)在靜水壓力下超塑性成形[Bampton,C.C.et al.Control of superplastic cavitation byhydrostatic pressure.Metallurgical Transactions A 14.8(1983):1583-1591.]。靜水壓力會降低空洞形核和長大的速度，但該方法需要保證超塑加工在密閉空間進行，在高溫超塑性成形的同時需要嚴格的高溫密封，加工環境要求較高，而且適于該方法下的加工方法較少。

發明內容