T***钛板超塑性成形方法

T***钛板超塑性成形方法

以T***板材为例阐述其超塑性成形方法。

1. 一般成形规范

成形温度    850~950℃  应变速度    10-4~10-1/s  成形压力    10kg/cm2      晶粒度       具有细晶的双相稳定***

2. 成形方法

钛合金的超塑性成形方法大致可分为下列三种：

(1)真空成形；

(2)气压成形；

(3)模压成形（偶合模成形）。

        前两种方法是塑料或玻璃制品成形常用的方法。钛合金的超塑性成形因属于粘性或半粘性流动变形，所以可以利用低压成形。气压成形还可同真空成形结合起来应用。

（1）气压成形－吹塑成形

      航空航天工业中使用很广的钛球体，直径从200～1000mm，厚度2～5mm。利用吹塑成形，直接用两块钛圆板毛坯，焊接后吹塑成球形或用管子毛坯吹塑成球体再封口（图）。这两种方法与常规冲压加工比较，可使成本降低到20％，并简化了工艺过程。

直升机上的撑竿，要求重量轻、强度高、刚性好，由于外形特殊，一般工艺方法无法加工。采用管子吹塑成形，只要一副简单的成形夹具即可。

气压成形是一种特殊的胀形工艺。

       传统的胀形工艺是用机械、液压胀形或用***胀形的方法实现的，使用的压力与能量都比较高，并且由于材料塑性的限制，变形量一般都不太大。吹塑成形则是一种用低能、低压可以获得大变形量的成形，是一种与传统工艺概念不同的成形技术。由于金属在变形过程中是自由的，因此，几乎全部动力都消耗在变形功上，摩擦损失很小（对于自由吹塑成形来说，则没有摩擦损失），这与其它冲压成形有着本质的区别。

        吹塑成形可分为自由吹塑成形和模具吹塑成形两类。模具吹塑成形的特点为半模成形，与真空成形类似之处，也分为凸模成形和凹模成形两种；其不同之处是成形压力大于一个大气压，还可通过气源系统对压力进行调节，因而可以制造形状复杂、曲率变化大的零件。

 凸模成形法（图）是使钛板毛料的外侧，形成一封闭的压力空间，钛板加热到超塑性温度后，在压缩气体的气压作用下，毛料产生超塑性变形，逐渐向模具型面靠近，直至同模具完全贴合，形成与模具型面相同的零件。成形零件的内表面尺寸精度高，形状准确，深度与宽度之比较大，模具加工也较易，但脱模较困难，原材料也较费。用该法成形的零件底部较四周为厚。

  凹模成形法（图）与凸模成形法不同的是，在成形过程中使钛板毛料内侧形成一封闭的压力空间。成形零件外表面尺寸精度高，形状准确，零件脱模较易，原材料较省，但深度与宽度比较小，模具加工也较困难。用该法成形的零件底部较四周为薄。

(2) 真空成形法

真空成形法又可分为两种：凸模法与凹模法（图）凸模法是把经过加热后的毛料，吸附在具有零件内形的凸模上的成形方法，用来成形要求内侧尺寸精度高的零件。凹模法则是把加热过的毛料，吸附在具有零件外形的凹模上的成形方法，用于要求外形尺寸精度高的零件成形。一般说来，前者用于较深容器的成形，后者用于较浅容器的成形。

    真空成形也是一种气压成形，只是成形压力只能是一个大气压，故对钛板来说，只能成形厚度薄、形状简单、曲率变化较缓的零件，不适于成形厚度较厚、形状较复杂和变形较剧的零件。

    与常规钛板真空加热成形的一大区别是， Ti-6Al-4V真空超塑性成形温度在900℃左右，比普通真空热成形（700℃左右）约高200℃，变形程度亦可比热成形的高得多。

3) 模压成形法

    采用偶合模。与普通压型不同的是温度高，模压速度慢得多。

    由于能耐钛板超塑性温度的金属偶合模具制造困难，配合精度难以保证（特别对复杂形状的模具），故钛板超塑性成形不常用此法。

3. 成形过程中的计算机应用

(1) 应变速率的计算机控制

      超塑性成形的应变速率直接影响成形效果，对于特定的材料与成形过程，应该通过试验确定***佳的应变速率，为生产应用提供依据。应变速率循环试验是依据应变速率循环诱发超塑性的原理而采用的一种新的超塑性试验方法。在变形过程中材料的变形速度按一定的规律循环变化，通过高速变形诱发动态再结晶和低速变形促使晶界流动，以及大部分变形在超塑性的应变速率范围内完成以提高材料的超塑性能。

 在流变方程               中，    为应变速率，m为应变速率敏***指数。m是材料超塑性能的重要特征参数，它反映了材料在拉伸变形过程中的抗缩颈能力，通常其值越大则超塑性越好。而值又与一定的应变速率相对应，与***大值相对应的有一个***佳的应变速率。这个应变速率往往是人们所追求的一个***佳工艺参数。但***大值及其对应的***佳应变速率在变形过程中不是一成不变的，它们会随着显微***的变化而发生飘移，这就为超塑成形过程中试图始终保持材料良好超塑性状态带来很大的困难。