鈦合金四層板結構超塑成形-擴散連接工藝數(shù)值模擬與試驗研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代航空航天事業(yè)的快速發(fā)展，其產(chǎn)品除了在數(shù)量方面得到大幅提升，整體結構也將朝著重量輕、性能高和成本低的方向發(fā)展。超塑成形/擴散連接(簡稱SPF/DB)技術作為現(xiàn)代航空航天領域一種先進的制造技術，利用其制造的多層板結構具有重量輕、整體性能好等優(yōu)點，現(xiàn)已成功應用于飛機的艙門、壁板、機身隔框以及航空發(fā)動機等。本文以TA15鈦合金為原材料，進行了四層板結構的數(shù)值模擬和試驗研究。
　　首先利用高溫拉伸試驗進行了TA15鈦合金的超塑性能研

2、究。采用普遍使用的等應變速率拉伸法，研究分析了TA15鈦合金在不同溫度和應變速率下的拉伸情況。結果表明:TA15鈦合金在溫度920℃，應變速率5.25×10-4s-1條件下具有最佳超塑性，延伸率可以達到1100％，應變速率敏感性指數(shù)m=0.57，K=1018，流變應力在15MPa左右。
　　針對帶有加強筋結構的四層板特點，在進行簡單四層板的數(shù)值模擬時，先對十字加強筋進行數(shù)值模擬，分析擴散接頭寬度與芯板厚度之比r=b/t0對芯板減薄

3、程度的影響。模擬結果表明:當r=2～3時，芯板減薄情況較為良好。在選取較合適的接頭寬度后，對簡單四層板進行了數(shù)值模擬，得出優(yōu)化的P-t曲線用于后續(xù)試驗研究。
　　最后在理論研究和數(shù)值模擬的基礎上，進行了TA15鈦合金四層板成形試驗，并對成形件進行了表面質量檢查、典型部位厚度分析以及擴散連接部位顯微組織分析等。分析結果表明:經(jīng)過數(shù)值分析優(yōu)化后的成形零件表面質量完好，無溝槽、起皺等缺陷;整個成形件厚度分布較均勻，內(nèi)部加強筋直立情況良好