[發(fā)明專利]航空航天鈦合金板材應(yīng)變誘發(fā)式半固態(tài)多點模壓成形工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011229340.3
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112453299B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范淑琴;張超群;趙升噸;王永飛;王可心
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B21J5/02
• 分類號: B21J5/02;B21J1/04;B21J1/06;B21J5/00;C22F1/18;C21D9/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

航空航天鈦合金板材應(yīng)變誘發(fā)式半固態(tài)多點模壓成形工藝，先對原始鈦合金板料進(jìn)行冷鍛加工，獲得聚集應(yīng)變能鈦合金板材；然后將聚集應(yīng)變能鈦合金板材放入感應(yīng)加熱爐進(jìn)行加熱和保溫處理，然后采用應(yīng)變誘發(fā)熔體活化法制備半固態(tài)鈦合金板材；再將半固態(tài)鈦合金板材放置在多點模具中，調(diào)整多點模具的基本體陣列的成形面形狀，使用壓力機(jī)推動多點模具的上模具體，對半固態(tài)鈦合金板材進(jìn)行半固態(tài)多點模壓熱成形得到半固態(tài)成形鈦合金板材；最后對半固態(tài)成形鈦合金板材進(jìn)行板材等溫?zé)崽幚恚缓筮M(jìn)行精加工獲得最終的鈦合金零件；本發(fā)明提高了加工效率和成形質(zhì)量，縮短了工時；成形范圍比較寬，可實現(xiàn)柔性制造。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鈦合金零件熱成形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及航空航天鈦合金板材應(yīng)變誘發(fā)式半固態(tài)多點模壓成形工藝。

背景技術(shù)

隨著制造業(yè)的發(fā)展，具有良好力學(xué)性能的鈦合金板材的需求量越來越大，鈦及鈦合金因密度小、比強度高、耐腐蝕、耐高溫、無磁、焊接性能好等優(yōu)良綜合功能，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)起落架部件、框、梁、機(jī)身蒙皮、隔熱罩、壓氣機(jī)盤、葉片、鼓筒、高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子和壓氣機(jī)機(jī)匣等部件。航天飛行器在超高溫、超低溫、高真空、高應(yīng)力、強腐蝕等極端條件下工作，除需要高超的結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)外，還依賴材料所具有的優(yōu)異特性和功能。鈦合金在制造燃料儲箱、火箭發(fā)動機(jī)殼體、火箭噴嘴導(dǎo)管、人造衛(wèi)星外殼等方面得到了典型應(yīng)用。由于鈦合金材料優(yōu)異的性能，某些航空飛行器的重點部位也采用鈦合金材料制造。

鈦合金板材的現(xiàn)有熱成形方法是首先對坯料進(jìn)行初步成形，然后在模具里將材料加熱至800-900℃進(jìn)行熱沖壓再成形。其中在模具中加熱后的熱沖壓過程易出現(xiàn)多種缺陷如：材料內(nèi)部組織無法形成球化組織、易發(fā)生回彈變形、熱處理的效果不佳等；此外，在熱加工過程中，整體工時長，生產(chǎn)效率低，無法完成高效生產(chǎn)；在航空薄壁結(jié)構(gòu)件中，不同的零件具有不同的型面，針對每一種型面都需要單獨的模具，這樣導(dǎo)致單個壓力機(jī)生產(chǎn)的零件形狀單一。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種航空航天鈦合金板材應(yīng)變誘發(fā)式半固態(tài)多點模壓成形工藝，半固態(tài)成形的顯微組織(顆粒狀、非枝晶狀)在固液兩相區(qū)具有很好的流動性，成形性好，提高了加工效率和成形質(zhì)量，縮短了工時；多點模壓成形將整體模具離散化，改變基本體的包絡(luò)面形狀成形不同的型面，成形范圍比較寬，可實現(xiàn)柔性制造，并且不僅可以進(jìn)行中厚板成形，采用壓邊技術(shù)也能進(jìn)行薄板多點成形，通過分段多點成形工藝能夠?qū)崿F(xiàn)大尺寸零件的成形。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

航空航天鈦合金板材應(yīng)變誘發(fā)式半固態(tài)多點模壓成形工藝，包括以下步驟：

1)板材初步成形：先準(zhǔn)備用于航空航天的厚度為t₀的原始鈦合金板料1-1，使用壓力機(jī)對原始鈦合金板料1-1進(jìn)行冷鍛加工，使壁厚減薄為t₁，通過冷加工過程獲得聚集應(yīng)變能鈦合金板材1-2；

2)半固態(tài)板材制備：將聚集應(yīng)變能鈦合金板材1-2放入感應(yīng)加熱爐進(jìn)行加熱和保溫處理，然后采用應(yīng)變誘發(fā)熔體活化法制備半固態(tài)坯料，控制加熱溫度為鈦合金的半固態(tài)溫度段1000℃以上，并保溫5～30min，以獲得固相分?jǐn)?shù)在40％～60％之間且具有平均晶粒尺寸50μm、形狀因子0.7微觀組織的半固態(tài)鈦合金板材1-3；

3)板材多點模壓：將步驟2)獲得的半固態(tài)鈦合金板材1-3放置在多點模具1-4中；調(diào)整多點模具1-4的基本體1-4-2陣列的成形面形狀，以適合最終成形的成品板材的形狀；使用壓力機(jī)推動多點模具1-4的上模具體1-4-1，對半固態(tài)鈦合金板材1-3進(jìn)行半固態(tài)多點模壓熱成形，獲得半固態(tài)成形鈦合金板材1-7，將鈦合金板材的壁厚從t₁減薄到t₂，達(dá)到t₂t₀/3；