钛合金薄壁构件快速加热冷模热冲压成形技术进展

为了解决钛合金薄壁构件热成形效率低、成本高、组织性能控制难度大等问题,近年来钛合金冷模热冲压成形技术受到关注。在该新技术中利用室温模具对加热后的钛合金板材进行快速冲压成形和模内快速冷却,由于取消了模具加热,可以变革性地提高钛合金薄壁构件成形效率、降低成本。然而,与传统等温成形不同,在冷模热冲压成形过程中,钛合金板材温度不断下降,这对钛合金成形极限、回弹及组织性能等的控制提出了全新的挑战。分析了钛合金薄壁构件冷模热冲压成形技术特点及存在的问题,归纳了快速加热对钛合金组织性能的影响规律,综述了钛合金薄壁构件快速加热冷模热冲压成形工艺进展,最后对该技术未来的发展方向进行了展望。

网状结构TiB_(w)/TA15复合材料热轧薄板的显微组织演变与力学性能

通过包套热轧方法,在1000和1100℃温度下热轧制备两张具有网状结构TiB_(w)/TA15钛基复合材料薄板。两张薄板的轧下率分别为86.7%(尺寸为932 mm×393 mm)和89.3%(尺寸为987 mm×461 mm)。两张热轧薄板的显微组织具有显著差异,薄板中的网状结构变成了具有扁平椭球单元的层状结构。相较于板坯,在1000和1100℃条件下热轧薄板的室温拉伸强度分别提高了26.4%(1398 MPa)和23.0%(1360 MPa)。在600℃拉伸试验中板坯和薄板的抗拉强度为561 MPa(板坯)、662 MPa(1000℃热轧薄板)和758 MPa(1100℃热轧薄板)。在650℃的拉伸试验中,1100℃热轧薄板的抗拉强度(553 MPa)最高。

预拉深对气胀钛合金筒形件壁厚均匀性的影响

以钛合金筒形件为研究对象,针对传统气胀成形存在减薄率过大问题,开展了预拉深-气胀复合成形方法研究。采用数值模拟分析了传统气胀成形中筒底减薄率过大的原因,实验研究了不同加载路径对TA15筒形件减薄率的影响。结果表明:气胀成形的加载速度对减薄率有一定的影响,慢速气胀和快速气胀成形件最大减薄率分别为63.2%、54.2%,仅提高加载速度并不能满足壁厚均匀性要求;在有一定预拉深的情况下,通过热拉深-气胀复合成形,最大减薄率可减小到36.7%。热拉深-气胀复合成形工艺可有效改善成形件的壁厚分布均匀性.

Ti_2AlNb合金超塑成形/扩散连接工艺研究

为研究Ti_2AlNb合金的超塑性及其成形性能,在920~960℃温度区间,应变速率10^(-3)-10^(-5)s^(-1)范围内对该材料的超塑性进行了研究,结果表明该材料在960℃,1×10^(-4)s^(-1)应变速率时具有较好超塑性,最大延伸率可达230%,应变速率敏感性指数为0.31;用Marc软件模拟了Ti_2AlNb合金的3层结构超塑成形过程,对缺陷形成进行分析,分析表明在芯板厚度为面板厚度1/3时,可改善3层结构表面缺陷;用超塑成形/扩散连接工艺实现了Ti_2AlNb合金3层结构的制备,并通过改变芯板和外层面板的厚度比改善了3层结构表面缺陷,结果表明,采用合理的工艺方式及工艺参数能够实现该合金的空心夹层结构的制备.

“材料成形设备与控制”课程改革——面向新工科建设与通识教育的教学改革探索

材料成形设备是实现材料成形工艺的载体,现有授课内容主要讲授常见材料成形设备结构与机械传动原理,滞后于市场和产业发展需求,难以满足新工科建设培养多元化、创新型卓越工程人才的要求。因此提出面向新工科建设的“材料成形设备与控制”课程建设方案,以材料成形设备的主要核心控制元素(力和位移)精确控制为主线,重点讲述计算机控制、伺服控制方法与材料成形设备传统机械结构、液压传动的结合应用,并进行了智能成形设备的展望,既保证了课程核心要点的教学,又拓宽了学生的知识面,提高了学生的创新能力,取得了较好的教学效果。

钛合金钣金构件高压气胀成型技术研究进展

介绍了一种钛合金钣金构件的高压气胀成型技术。该技术采用高压气体介质传递载荷,使板材或管材在一定温度下变形,贴靠模具型腔以获得复杂形状,具有压力高(最高70MPa)、尺寸精度高、壁厚均匀性好等特点。以一种筒形件和一种异形截面管件为例,研究了复杂构件壁厚均匀性的控制方法,采用热拉深-高压气胀复合成型工艺和局部扩胀-高压气胀复合成型工艺,研制了壁厚较为均匀的钛合金筒形件和异形截面管件。

钛合金热成形工艺形变与组织演变耦合多尺度仿真研究进展

讨论了钛合金高温变形晶体塑性有限元模拟的研究进展,并分析了晶体塑性模型在钛合金细观尺度不均匀变形和组织演化方面的应用;围绕钛合金热成形过程变形与组织演变耦合模拟需求,讨论了钛合金高温成形统一黏塑性本构模型的发展过程,并介绍了统一黏塑性本构模型在钛合金热成形工艺的应用实例。统一黏塑性本构模型考虑了钛合金高温变形过程中回复、再结晶、相变、损伤等组织演变行为与宏观应力应变之间的耦合作用,为实现钛合金构件形状尺寸和组织性能的精确预测和成形工艺优化提供了有效的手段。最后分析了钛合金热成形工艺多尺度建模仍存在的问题,并展望了多尺度建模的发展趋势。

2219时效强化铝合金隧道管成形工艺

以2219时效强化铝合金隧道管为研究对象,制定了先旋压制坯后内高压成形的工艺方案。通过工艺试验研究了热处理状态、减薄率和旋轮进给比等对管坯旋压成形的影响,优化了旋压工艺参数。利用有限元方法分析了两种内高压成形方案的变形特征,制定了合理的内高压成形工艺流程。结果表明:初始状态的管坯塑性较差,2219铝合金管坯的极限变形量小,经退火或淬火处理后,极限变形量大大提高。最终实现了Φ112 mm薄壁管的旋压成形,零件的厚度为1.51~1.58 mm、外径为Φ115.2~Φ115.6 mm。当内高压成形压力为65 MPa时,成形出合格的隧道管,零件的最大减薄率为7.74%。2219时效强化铝合金隧道管的力学性能较传统隧道管大幅提高。

长轴波纹管的差温局部热态气压成形新工艺

针对AZ31镁合金长轴波纹管提出差温局部热态气压成形新工艺。首先在温度范围573~673 K、应变速率范围0.001~0.1 s^(-1)条件下对AZ31镁合金管材进行了热拉伸实验,分析了温度、应变速率对其力学性能的影响。设计制造了长轴波纹管差温局部热态气压成形装置,利用该装置,通过单波波纹管的热气胀成形研究了成形温度、成形内压对波纹管成形时间、壁厚分布的影响规律,从而确定最佳成形工艺窗口,并通过五波长轴波纹管的成形验证该新工艺的可行性。结果表明,差温成形过程中,低温区最高温度不超过50℃,高温区温度可以精确控制,误差在±5℃以内。在温度623 K、恒定气压14 MPa条件下,通过小模具成功成形出五波长轴镁合金波纹管。成形后波峰位置平均晶粒尺寸从21.8μm细化到16.56μm,其主要原因为成形过程中发生了动态再结晶。