钛合金超塑成形/扩散连接弹翼结构设计

钛合金超塑成形/扩散连接弹翼结构是一种新型的弹翼结构形式,本文以某型空空导弹弹翼结构作为实例,对钛合金超塑成形/扩散连接最常见的4层网格结构弹翼进行了力学分析。采用有限元软件,对弹翼成形的板料厚度,纵、横加强梁的分布对弹翼结构的刚度和强度影响规律,以及安装区部位的变形和应力进行了计算和对比,获得了弹翼最优布局方式和不同因素对弹翼变形、应力的影响规律。在满足超塑成形/扩散连接工艺和弹翼重量情况下,缩小网格尺寸,提高纵、横加强梁的数量,有助于减小结构的变形、应力水平。对弹翼颤振分析、结构试验提出了设计要求和实现方法。

材料超塑性和超塑成形/扩散连接技术及应用

大量的工程材料都具有超塑性,以材料超塑性为理论基础的超塑成形/扩散连接技术是先进制造技术的一种,在航空航天等许多工业部门得到了越来越多的应用。分析了材料超塑性现象,超塑性变形机理研究进展,超塑成形/扩散连接技术的理论基础,以及超塑成形/扩散连接复合工艺的技术优势、研究进展和应用现状,并展望了超塑成形/扩散连接技术的发展趋势。

Ti-6Al-4V合金多层板结构的超塑成形/扩散连接工艺研究

采用气压成形方法对多层板结构件进行了超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术研究。研究表明,最佳的扩散连接工艺参数为:连接温度T=930℃,连接时间t=30m in,连接压力P=10MPa。对连接试件的微观组织进行了观察,显示在界面处形成良好的连接。最佳的成形参数为:成形温度Tf=930℃,成形压力Pf=0.6MPa,成形时间tf=55m in。最后对成形后的板厚分布进行了研究。

Ti2AlNb合金多层板结构超塑成形/扩散连接数值模拟及试验研究

研究内容为Ti2Al Nb合金多层板结构的超塑成形/扩散连接(Superplastic forming/diffusion bonding,SPF/DB)工艺。采用恒应变速率法对Ti2Al Nb热轧板材进行单向拉伸试验,得到最佳超塑成形条件如下:变形温度=940℃,应变速率=0.000 5 s–1。利用MARC有限元软件对Ti2Al Nb合金多层板结构的超塑成形过程进行数值模拟,预测构件的壁厚分布情况和可能产生的缺陷。进行三层板和四层板结构的SPF/DB试验,采用优化的压力-时间曲线进行超塑成形的压力加载,扩散连接工艺参数如下:温度=940℃,压力p=10 MPa,时间t=180 min。结果表明,三层板结构在面板出现明显的沟槽现象,沟槽的深度为4.49mm,宽度为8.85 mm;四层板结构成形效果较好,表面平整,无褶皱、沟槽等缺陷;对扩散连接处的微观组织进行观察,显示扩散界面的连接质量良好。研究结果为Ti2A1Nb合金在航空航天复杂薄壁夹层结构件的制造方面提供了参考依据。

钛合金超塑成形/扩散连接的数值模拟及工艺研究

利用有限元软件Marc对钛合金TC4板的超塑成形/扩散连接(SPF/DB)进行数值模拟。通过模拟获得优化的压力-时间(p-t)曲线,为后续的超塑成形/扩散连接试验提供参考基础。经过试验得到钛合金TC4板超塑成形/扩散连接的最佳工艺参数为:超塑成形,θ=900℃、p=2.5 MPat、=790 s;扩散连接,θ=900℃、p=3.0 MPat、=80min。

钛合金四层板结构超塑成形/扩散连接工艺

对Ti2AlNb钛合金四层板夹层结构超塑成形/扩散连接(SPF/DB)进行研究,模拟分析板料在成形过程中的等效应变和壁厚分布规律,优化了压力-时间曲线,为实验提供理论指导和压力加载依据;采用Ti2AlNb热轧板进行SPF/DB实验,对比分析不同工艺参数对成形效果的影响。结果表明,当采用优化的压力-时间曲线进行超塑成形加载,且扩散连接的温度940℃、时间180min、压力10MPa时,成形效果良好,直立加强筋处扩散连接充分,接头处的焊合率达到90%。

TA32钛合金双层结构零件超塑成形/扩散连接工艺

为促进TA32钛合金在航空领域的应用,在温度为930~960℃,应变速率为10^(-3)~10^(-4) s^(-1)条件下对其超塑性进行研究。结果表明,TA32钛合金在温度为930~940℃,应变速率为3×10^(-3) s^(-1)时具有较好的超塑性,最大伸长率可达343.18%。通过超塑性研究,得到最优超塑成形工艺参数为:成形温度940℃,应变速率3×10^(-3) s^(-1),在此工艺参数条件下,采用超塑成形/扩散连接工艺实现了TA32钛合金双层结构零件的制备,并采用数字化测量技术对零件成形精度进行了分析,分析结果表明,零件成形精度高,满足使用要求。

钛合金超塑成形/扩散连接四层结构表面沟槽控制方法研究

通过有限元数值模拟和物理试验相结合方法,对超塑成形/扩散连接(SPF/DB)四层结构表面沟槽形成原因进行了分析和研究,采用正交试验方法分析了应变速率έ、扩散连接宽度b、芯层与蒙皮厚度比t和摩擦系数u这4个因素对蒙皮表面沟槽深度的影响。结果表明,对蒙皮表面沟槽形成影响最大的因素为芯层与蒙皮厚度比t。通过试验研究,提出了一种对蒙皮表面施压背压的方法,可有效避免或控制超塑成形/扩散连接四层结构蒙皮表面沟槽的形成。

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.

基于PAMSTAMP2G的四层超塑成形/扩散连接构件的数值模拟

超塑成形/扩散连接(简称SPF/DB)成形技术是一种高效的整体构件成形技术,是航空航天大型复杂钛合金薄壁结构件制造的主要工艺方法之一。采用板料成形模拟软件PAMSTAMP2G对一种TC4钛合金四层板SPF/DB构件的成形过程进行了数值模拟。根据零件的结构特点,设计加载两条优化的压力—时间曲线。分析了SPF/DB成形过程中材料流动规律和壁厚分布情况。通过实际零件的成形实验,测量零件截面12个关键点厚度值,分别与相对应的模拟结果进行了对比。结果显示,变形过程与厚度符合实际分布规律,最大厚度误差为0.148 mm。

Ti60/TA15合金四层结构舵面超塑成形/扩散连接技术研究

采用有限元软件对芯板的超塑成形过程进行了分析,获得了壁厚分布规律曲线和气压加载p–t曲线。在温度为920℃时,制得Ti60/TA15四层结构舵面样件,并对舵面进行了壁厚分析。结果显示,最小壁厚为1.24mm,最大壁厚为1.80mm。采用三维扫描对Ti60/TA15合金四层结构舵面的型面进行分析。结果表明,90%以上型面的公差在±0.2mm以内,整体型面的公差不超过±0.5mm。对扩散连接界面进行了金相分析。得出在温度为920℃时,TA15同种材料之间以及Ti60/TA15异种材料之间的扩散连接界面基本消失,3种扩散连接界面处已经看不出空洞。

基于CAE的梯度增强刚性结构超塑成形/扩散连接工艺研究

以一种钛合金多层变厚度梯度增强刚性结构为研究对象,采用超塑成形/扩散连接技术进行了整体化结构制备。采用CAE技术对梯度增强刚性结构进行了成形有限元模拟仿真分析,通过有限元仿真结果中零件厚度变化、贴模度、是否产生成形缺陷等指标评判结构设计的合理性,对成形质量进行了评估,对结构及成形工艺进行了优化,并对整体化梯度增强刚性结构进行了成形试验验证。结果表明,采用合理的设计结构,可以实现基于超塑成形/扩散连接工艺的梯度增强刚性结构零件制造,零件成形质量良好,厚度分布满足设计和使用需求,成形试验结果与有限元分析结果一致。

含预置板的双层钛合金超塑成形/扩散连接零件缺陷分析及工艺改进

采用超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺成形了含预置板的TC4钛合金双层结构零件,试验发现成形缺陷主要包括两类:外观缺陷和内部缺陷。外观缺陷包括表面沟槽、表面阶差、表面凹坑和气道塌陷等,内部缺陷包括焊合率低和预置板定位偏移等。通过对各缺陷的分析和对多层板SPF/DB技术关键点的梳理,深入剖析了缺陷形成的主要原因:止焊剂和毛料等定位偏差、成形模具和气道间隙尺寸偏差、止焊剂涂覆质量不良和表面准备状态不佳等。提出了消除缺陷的工艺措施,包括提升止焊剂涂覆工艺、改善成形模具结构设计、提高模具制造精度和改进定位协调方式等。试验结果证实这些措施能够有效避免各类缺陷的出现,达到零件各项技术指标。

大型钛合金双层板超塑成形/扩散连接工艺仿真

选取大型TC4钛合金双层板工件为研究对象,采用超塑成形/扩散连接工艺成形。通过材料基础性能实验获得板料和模具材料在不同温度下的比热容、导热系数和热膨胀系数等;通过成形过程的热力耦合有限元数值模拟,得到板料贴模效果、厚度分布、温度场变化和热收缩后尺寸结果,并进行实验验证。结果表明：成形后工件壁厚分布均匀,成形凹槽部位的板厚减薄率最大达到15%,降温过程中的温度变化和热收缩引起最终的尺寸变化,并明确了模具长度方向的缩放系数应为6‰~7‰,对这种窄长工件的实际生产具有重要的参考价值。

TA15四层板结构超塑成形/扩散连接技术研究

进行了TA15合金超塑拉伸试验,在温度920℃和应变速率5.25×10^(-4)s^(-1)时,TA15合金的最大延伸率约为1100%,其应变速率敏感性指数约为0.57。在较佳超塑变形条件930℃和应变速率5.25×10^(-4)s^(-1)附近,TA15合金的超塑本构方程为σ=949ε·^(0.55)。对TA15四层板结构超塑成形过程进行了有限元分析,获得了压力p-时间t曲线。在T=930℃和应变速率5.25×10^(-4)s^(-1)下,成功进行了TA15四层板结构SPF/DB成形试验,试验件的整体质量良好,无沟槽等缺陷,金相组织观测表明,TA15四层SPF/DB试验件扩散连接质量优良。

应用六西格玛提高钛合金超塑成形/扩散连接产品合格率

应用六西格玛提供的质量改进方法和统计分析工具,按照界定、测量、分析、改进、控制的步骤,运用Pareto图、因果图、过程能力分析、多元回归分析等多种工具,深入分析钛合金超塑成形/扩散连接产品制造过程中产生缺陷的根本原因并采取改进措施,有效提高了制造过程能力和产品合格率。

TA15/Ti2AlNb四层空心舵翼超塑成形/扩散连接工艺研究

目的研究TA15/Ti2AlNb异种合金四层空心舵翼件成形/扩散连接工艺,获得合理的工艺参数,掌握塑性变形和扩散连接规律,推动异种合金轻量化中空结构件的应用。方法采用MSC.Marc有限元仿真了TA15/Ti2AlNb异种合金四层空心舵翼超塑成形/扩散连接工艺过程,根据2种材料的高温变形规律优化出气压加载曲线,开展了空心舵翼的超塑成形/扩散连接实验研究,测试了舵翼的壁厚分布,分析了焊缝的金相组织。结果成功制备了TA15芯板直立筋良好、三角区宽度仅1.1 mm的四层空心舵翼,面板最大减薄率为20.0%,芯板最大减薄率为54.2%,芯板与面板之间扩散连接区域的焊合率为46.8%~98.6%。结论超塑成形/扩散连接工艺可制造TA15/Ti2AlNb异种合金空心结构,2种合金高温流动应力的显著差别避免了表面沟槽缺陷,但当整形压力和保压时间不足时,四层结构内各处扩散连接焊合率存在不稳定性。

TC4钛合金点阵/4层混合结构舵翼超塑成形/扩散连接工艺

为研究TC4钛合金点阵/4层混合结构舵翼件的超塑成形/扩散连接工艺,采用ABAQUS有限元软件分析了舵翼件在超塑成形过程中的等效应变以及不同区域的壁厚变化,并进行了带预制块的TC4钛合金空心结构舵翼件超塑成形/扩散连接实验以及无损检测、壁厚分析和金相分析。结果表明,在920℃下以3.0 MPa胀形压力成形的零件表面质量良好,无沟槽缺陷;在920℃/2 MPa/120 min扩散焊接条件下,扩散连接界面质量良好,焊合率为95%;点阵结构各筋条完全成形,最小壁厚为0.69 mm,减薄率为13.8%;4层结构区域凸包贴模成形,预制块工艺补充面圆角处的壁厚最小,厚度为0.52 mm,减薄率为35%。

钛合金空心点阵超塑成形/扩散连接成形工艺和性能研究

钛合金空心点阵是典型的承载–功能一体化结构,采用单轴拉伸方法,在不同温度、应变速率条件下测定TA15、TA32钛合金的超塑拉伸延伸率,最大延伸率分别达到1450%和950%,后在不同温度、压力条件下进行扩散连接试验。根据超塑拉伸和扩散连接试验,确定了超塑成形和扩散连接(Superplastic forming/diffusion bonding,SPF/DB)的最佳工艺参数为:920℃/1.5~2.0 MPa/2 h,制备了不同构型和几何参数的TA15、TA32钛合金空心点阵结构件。采用平压方法和三点弯曲方法测定了钛合金空心点阵的力学性能,压缩和弯曲强度最大值分别达到23.83 MPa、596MPa,通过有限元和试验分析的方法,研究了几何参数对钛合金空心点阵平压和弯曲性能的影响规律。采用单面加热方法,研究了钛合金空心点阵结构的隔热性能,在400℃/1 h条件下,隔热温差达到276.3~310℃。

TC31钛合金四层舵翼超塑成形/扩散连接工艺研究

为研究TC31四层舵翼的超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺,开展了高温拉伸、有限元仿真和舵翼件试验研究。结果表明,TC31钛合金在920℃和0.001s^(-1)应变速率下,延伸率为639%,展现了良好的超塑性能;四层舵翼超塑成形/扩散连接的ABAQUS仿真结果表明,最大减薄处位于预置块边缘单胞的圆角处芯板上,最大减薄率为67.5%,最大真应变为1.04;在920℃,利用0.2MPa背压和芯板内阶梯加压方法,成功制备了无表面凹陷的TC31四层板舵翼件;在920℃和3MPa压力下扩散2h,扩散连接界面质量良好,焊合率达到97%以上。