Ti6Al4V鈦合金板材熱拉深蠕變復(fù)合成形研究.pdf

1、鈦合金廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶等領(lǐng)域,在國防工業(yè)及國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。鈦合金室溫變形抗力大、回彈嚴(yán)重、塑性差,采用傳統(tǒng)的沖壓成形方法制造鈦合金小曲率復(fù)雜截面型材零件及筒類零件很難保證零件成形及尺寸精度、形狀精度。本文利用鈦合金在高溫下變形抗力降低、塑性提高,并具有明顯蠕變的特性,以Ti-6Al-4V鈦合金板材為研究對象,采用熱成形工藝成形鈦合金筒形件,采用熱成形—熱校形,用熱拉深—蠕變復(fù)合成形工藝成形鈦合金復(fù)雜截面型材零件。對鈦

2、合金板材成形過程中的質(zhì)量優(yōu)化控制技術(shù)進(jìn)行了討論。
　　采用等溫?zé)崂斓姆椒ㄏ到y(tǒng)地研究了變形溫度、變形速率對Ti-6Al-4V鈦合金板材拉伸變形力學(xué)行為和組織演變的影響規(guī)律。結(jié)果表明:變形溫度與變形速率對Ti-6Al-4V鈦合金的變形行為有顯著的影響。當(dāng)Ti-6Al-4V在兩相區(qū)變形時(shí),合金的流變應(yīng)力隨溫度的升高而降低,隨應(yīng)變速率的降低而降低,即在一定的溫度范圍內(nèi),升高溫度、降低變形速率可顯著降低鈦合金的變形抗力,增加鈦合金的高溫塑

3、性。在700℃時(shí),Ti-6Al-4V的屈服強(qiáng)度為27MPa,延伸率可達(dá)80％以上，具有良好的塑性變形性能。本文依據(jù)Ti-6Al-4V合金高溫變形過程中的組織演變規(guī)律,揭示了鈦合金板材高溫塑性變形機(jī)理,為鈦合金板材熱加工技術(shù)的發(fā)展提供了理論依據(jù)。
　　本文研究了Ti-6Al-4V合金在不同溫度和應(yīng)力條件下的蠕變行為、相變和微觀組織演變。該合金的蠕變變形量隨溫度和應(yīng)力的提高而增加,其蠕變性能對溫度更敏感一些。
　　理論分析與實(shí)驗(yàn)

4、結(jié)果表明:蠕變校形是提高沖壓件成形精度的一條切實(shí)可行的途徑。利用板材高溫拉伸實(shí)驗(yàn)與蠕變實(shí)驗(yàn)所確定的性能曲線優(yōu)化成形工藝參數(shù)是一個簡便實(shí)用的方法,為熱成形、熱校形工藝選擇成形溫度、保壓時(shí)間等工藝參數(shù)提供了依據(jù)。
　　論文提出了一種將熱成形與熱校形結(jié)合在一起的復(fù)合熱成形技術(shù)。通過有限元方法對新工藝的可行性進(jìn)行了評估,實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜三維變曲率彎曲工件的熱拉深蠕變復(fù)合成形工藝及其模具設(shè)計(jì),研究了在不同成形工藝參數(shù)下材料的成形性能。研究結(jié)果表明

5、,與熱成形相比,這種新的成形技術(shù)可以降低工件的回彈,大大提高工件的成形精度。
　　由于Ti-6Al-4V合金的成形性能對溫度和應(yīng)變速率敏感,因此,鈦合金的熱成形、熱校形應(yīng)有一個溫度場穩(wěn)定的成形環(huán)境。本文分別采用了兩種加熱方式:一種是在四柱壓力機(jī)上配置特殊結(jié)構(gòu)的加熱爐提供均勻的溫度場;另一種是采用自阻加熱。結(jié)果表明:第一種方式的溫度控制簡單、準(zhǔn)確,并能實(shí)現(xiàn)多種成形工藝,但工裝也需要在相應(yīng)的成形溫度下工作,所以模具材料成本高、不易實(shí)現(xiàn)