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2022

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钛合金成形技术与应用


冷冲压成形技术
冷冲压成形是在常温下利用冲压设备和模具,使各种不同规格的板料在压力作用下变形成所需形状的一种加工工艺。材料的冷冲压成形性与材料特性有关,一般要求材料具有良好的机械性能、较大的变形能力以及理想的金相组织,其中,机械性能包含了材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率、硬度、塑性应变比 r 等参数。
钛合金板材在室温下的可成形性十分有限,其室温力学性能和微观组织表现出的流线都具有明显的各向异性,成形过程中容易产生缺陷。因此,冷成形技术仅适合于钛合金薄板的加工。
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                                                                     冷冲压成形的钛合金产品照片

 

超塑成形技术
超塑成形是利用金属材料在一定温度及应变速 率下所呈现的超塑性(具有超塑性的材料能伸长若干倍而不出现缩颈和断裂) ,将坯料加工成所需尺寸和形状的工艺。通常,超塑成形是在密封条件下,通过向钛合金板材一侧或两侧施加气体成形压力,依靠板材的减薄获得与模具型腔相近的结构件外形。超塑成形工艺具有成形性好、变形量大、尺寸精度高、表面质量好、无残余应力、减少零件加工数量等优点,不易出现板材在传统成形过程中出现的回弹、破裂等现象,在减轻飞行器结构重量、降低生产成本方面显示出极大的优越性。
根据实现超塑性的条件,超塑性主要分为相变超塑性和组织超塑性。相变超塑性又称为动态超塑性或环境超塑性,是指材料在一定温度和外加载荷条件下,经多次循环相变或同素异构转变获得大的延伸率。实现组织超塑性一般需要满足组织条件、应变速率条件和温度条件。
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                           超塑成形的钛合金产品照片(左图Ti-451飞行数据记录仪,右图TC4钛合金高压气瓶)

 

旋压成形技术
旋压成形是一项传统成形工艺,该工艺具有变形 力小、节约原材料等特点。近年来,随着机电一体化控制、高精度实时测量及大数据人工智能技术的引入,旋压成形技术与装备得到了长足的发展,并已经成为金属压力加工的重要方法。目前旋压装备正向着系列化和标准化方向发展。在许多工业发达国家,旋压设备的标准化程度很高,旋压成形工艺稳定,产品多种多样,应用范围日益广泛。
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                                                局部加热旋压工艺制备的 Ti-451 合金罐体照片

 

热推制成形技术
热推制成形是环管和弯头产品常用的成形方法,它采用专用弯头推制机、弯头成形芯棒和感应线圈加热装置,使套在模具上的坯料管在推制机的推动下向前运动,进行加热、扩径并弯曲成形的过程。这种成形方式避免了传统弯管工艺在弯管成形时,因管壁凸边受拉减薄、管壁凹边受压增厚而造成的弯管壁厚不均匀的现象,这对于航空航天用高承压容器制备具有重要的意义。
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                                                                        热推制成形的钛环形气瓶照片

 

热模锻成形技术
热模锻是钛合金加工成形的常用方法之一,该方法充分利用钛合金高温下流变应力低、易于成形的特性,将其加工成各种形状的产品。与等温模锻相比,热模锻的成本更低,生产效率也更高。
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                               热模锻成形的大规格钛合金锥形体照片

 

资料来源:《钛合金成形技术与应用》,钛工业进展