钛型材的研制与开发

阐述了钛型材研制与开发的意义和现状 ,介绍了开发的眼镜架型材、表链型材和其他型材产品 ,重点对边丝、铰链、紧固件三种钛眼镜架型材生产中存在的问题及解决办法进行了分析 ,并作了市场前景的展望。

钛型材热拉弯蠕变成形电参数的计算

本文介绍钛型材热拉弯蠕变成形的主要质量要求及成形过程中电参数的计算方法 。

钛合金型材热张力矫形过程温度均匀性控制研究

钛合金型材截面形状复杂,热挤压后由于截面各处散热不均,易产生扭拧、弯曲等形状缺陷,矫形难度大。热张力矫形是实现钛合金型材矫形的最有效方式,而矫形过程中型材温度的均匀性控制是实现高精度矫形的关键。以TA15钛合金薄壁锐角L型材为研究对象,研究了加热及冷却过程中型材截面各处温度的分布规律。结果表明,钛合金型材热张力矫形时,加热过程中随着加热温度的升高,型材头部、中部、尾部的温差逐渐增大,中部温度高于两端,加热至设定温度700℃时温差达50℃。冷却过程中,型材同一截面其边部温降较角部快,最高温差达100℃,随着冷却温度的降低,这种温差逐渐减小。在钛合金型材热张力矫形时,加热到设定温度后持续通电约2 min,冷却过程中用石棉布包裹型材可有效提高温度的均匀性,实现高精度矫形。

航空用TA15钛合金薄壁型材热压下陷成形工艺研究

钛合金薄壁型材是用于战斗机上面的一种结构件,可大幅度降低战斗机的重量,被众多飞机设计者优先选用,但由于钛合金材料特点、产品自身结构特点和使用要求等原因,国内尚未有成熟的技术使钛合金薄壁型材实现国产化,关于钛合金薄壁型材热压下陷成形的工艺研究更是鲜有,本研究利用金相显微镜、万能试验拉伸机、影像测量仪和渗透等检测手段,对在不同加热温度和压强实验条件下完成热压下陷试验的TA15钛合金薄壁型材进行了显微组织、力学性能、下陷尺寸和表面质量等项目的检测,通过对比不同的数据可知,加热温度在730℃、保温时间为1.5h和压强为12MPa时,TA15钛合金薄壁型材下陷尺寸和表面质量满足航空使用要求。

TC2钛合金薄壁型材下陷成形工艺参数分析及优化

采用试验和计算机模拟相结合的方法,对TC2钛合金薄壁型材的单边下陷成形工艺开展研究。通过在室温至600℃范围内对TC2合金型材的热拉伸变形行为进行分析,建立了该型材热拉伸的Johnson-Cook本构模型。在此基础上,对L截面TC2钛合金型材的单边下陷过程进行计算机模拟,分析了下陷过程中型材应力、应力三轴度的分布。结果表明,下陷区L拐角处容易产生应力集中,由于变形前段该区域的应力三轴度Rd>0,呈拉应力状态,因此微裂纹容易在应力集中处形核并沿型材纵向扩展。通过对成形温度、下陷段长度和过渡圆角半径进行优化,得到最佳工艺参数条件为成形温度300℃,下陷区长度21 mm,过渡圆角半径49 mm。

TC4钛合金型材矫直工艺及性能研究

钛合金型材作为一种结构件,现逐渐应用于国防工业与装备制造领域,因此钛合金型材的成形生产加工需要进行深入的加工工艺研究。本文主要研究了热冲压TC4钛合金型材的矫直参数改变对型材的尺寸精度和组织性能的影响情况,结果表明:矫直温度对冲压钛合金型材的尺寸及力学性能影响最为显著,矫直伸长主要对型材尺寸精度有明显影响,当矫直温度为700℃时,型材性能均达到标准值要求,矫直伸长为25mm时,型材弯曲度最小为1.1mm,扭拧度最小为0.4mm;矫直参数对材料的显微组织无明显影响,金相组织均为双态等轴组织,无明显组织改变;型材出现强度过大塑性较差的现象是由于型材矫直冷却定型过程中出现了矫直内应力及表面氧化硬化,可通过去应力退火方式改善型材性能。

玻璃垫在钛合金型材挤压中的应用

针对钛合金型材挤压过程中隔热-保护-润滑的需求,对不同挤压温度下所用玻璃垫的玻璃成分进行了合理的选择,对玻璃粉的高温粘度、熔化速度等物理性能进行了分析测试,讨论了玻璃垫的制备工艺以及玻璃垫厚度对隔热效果的影响。实验结果表明,所选用的TB8玻璃垫在钛合金型材挤压过程中具有良好的使用效果,满足了钛合金型材挤压的需要。

热处理对热挤压TC4钛合金T型材组织和性能的影响

研究了9种双重退火工艺对热挤压TC4钛合金T型材显微组织及力学性能的影响。结果表明:1金相组织基本保留了β单相区热加工组织,第一阶段退火制度相同时,随着第二阶段退火温度的升高,晶内部分长条α相变厚,晶界上有序排列的针状α相也开始粗化;第二阶段退火制度相同时,随着第一阶段退火温度的升高,晶粒明显长大,晶界更加清晰,β相向α相转变,β相含量减少;2抗拉强度、屈服强度和延伸率均能够满足航天长桁用型材的要求,其中经750℃×4h/AC+500℃×1 h/AC双重退火处理的,强度和塑性指标最高。

钛及钛合金型材生产技术现状

钛及钛合金型材已被广泛应用于航空航天领域,如何制定挤压工艺参数和合理的热处理制度对是否能够生产出合格的型材产品尤为重要。文章阐述了钛及钛合金型材挤压特点,叙述了钛合金型材生产过程中的影响因素。

挤压TC4钛合金U型材矫直工艺研究

研究了矫直加热温度和降温速率对U型材矫直变形、组织和性能的影响。结果表明:在相同降温速率条件下,随矫直温度升高,U型材矫直变形效果好;在相同加热温度时,随着降温速率减小,高温矫直变形后的回弹性越小,U型材矫直变形效果好;矫直加热温度720℃和降温速率30℃/min时,矫直后U型材满足AMS2245《钛及钛合金挤压条、棒材及型材尺寸公差》的相关要求;矫直加热温度不高于720℃,矫直工艺并不改变其组织和性能。

钛合金型材拉弯模具仿真分析与优化

典型型材拉弯过程中因存在回弹而不利于模具的设计制造,通过经验法给出拉弯回弹值并进行修模后,所拉弯成形的零件不符合制造技术要求,需要反复试验且有很大的不确定性,存在制造风险。用有限元仿真技术对钛合金型材进行拉弯变形过程进行仿真分析,结合钛合金材料的特点,归纳分析型材在拉弯变形过程中的参数变化,找出影响拉弯回弹的一些主要因素,从而对拉弯轨迹进行优化,改变了以经验为主的设计模式。通过试验验证,提升了设计效率与可靠性,缩短模具设计制造周期,对成形加工工艺起到很好的推动作用。

钛合金异型材在线电加热控制系统研制

钛合金异型材矫直需要在在线加热状态下进行,且对矫直温度的精度和均匀性均有苛刻的要求。针对100 t钛合金异型材张力热矫直机,研制了钛合金异型材在线电加热控制系统。该系统采用两支光纤红外传感器对钛材进行实时两点测温与控制,由工业触摸屏人机界面(HMI)进行矫直温度的设定与实时温度显示及报警,S7-300 PLC控制IGBT加热电源实现钛合金异型材在线电加热,设计了基于模糊PID控制算法,实现了对钛合金异型材温度的精确与快速控制。

带筋钛合金型材电热耦合仿真与温度场行为分析

对钛合金带筋U型型材开展了电热耦合有限元仿真试验。首先建立具有不同厚度加强筋的U型型材有限元模型,计算并赋予加热过程中不同温度下(20~750℃)的对流换热系数。对型材施加电流,以产生的焦耳热作为内热源,同时考虑型材与环境的辐射换热和自然对流换热,进行电热耦合瞬态仿真计算。通过将带筋型材试验结果与等截面型材进行对比,发现加强筋温度有不同程度的下降,这主要是由局部电阻降低、产热功率减小造成的。同时,加强筋与周边型材的热交换使型材也产生了局部降温区,不同尺寸的加强筋和不均匀的电流分布都是影响带筋型材温度分布的因素。为此,进一步研究并总结了筋厚度对降温区域的影响规律。

热处理工艺对TC18钛合金型材组织性能的影响

文章研究了时效温度对TC18钛合金型材显微组织、力学性能和冲击韧性的影响。结果表明,对于热挤压成形的U型材,采用750℃/30min/AC+585℃/6h/AC固溶时效处理后,力学性能和冲击韧性可达到最佳匹配。

TC4钛合金L型材热拉伸变形本构方程研究

钛合金型材作为力学性能良好的轻质材料,被广泛应用于飞行器框梁等骨架零件中,其成形质量直接关系到飞机的装配精度、整机气动外形和使用寿命。为探究TC4钛合金L型材的热拉伸变形行为及本构关系,在不同的温度(600~800℃)和初始应变速率(0.00033~0.0083 s^(-1))下进行了多组单轴热拉伸试验,根据应力-应变曲线特点分析了型材热拉伸变形行为,并通过采用回归处理和参数优化的方法建立其复合型唯象本构方程,该模型预测应力和实测应力的最小相关性系数R和最大平均相对误差绝对值AARE分别为0.9641和7.5%,即建立的本构模型能够高精度表征TC4钛合金L型材的热拉伸变形行为,可作为其热变形有限元模拟的准确材料模型。

等温条件下非等截面钛合金型材热拉弯材料流动仿真研究

通过高温单向拉伸试验,获得了TC4钛合金挤压型材在700℃不同应变速率下的拉伸性能,并基于ABAQUS平台建立了带加强筋的U形截面钛合金热拉弯有限元仿真模型。研究了沿弧长方向挤压型材带筋和非带筋截面上的应力、应变变化规律和筋附近的材料流动行为。结果表明:挤压型材沿弧长方向由外侧向内侧应力逐渐减小,拉应力逐渐转变为压应力;加强筋处有较大的应力梯度,筋条顶部为压应力,底部为拉应力;在距离加强筋30 mm范围内应力有较大变化;仿真结果可为后续非等截面钛合金挤压型材精确拉弯成形、辅助加热装置设计和模具设计提供工艺指导。

电流辅助钛合金L型材拉弯工艺研究

钛合金型材弯曲构件由于性能优异而逐渐成为先进民用复合材料机身的主要承力构件,其成形质量直接关系到飞机的装配精度。本文针对OT4M钛合金L型材的拉弯成形工艺进行了研究,建立了拉弯过程的解析模型,并在不同的试验条件下进行了多组热单轴拉伸试验来探究型材的热变形行为,利用绝缘模具开展了钛合金型材的电热拉弯成形试验,结果表明,材料的塑性变形能力受变形温度和速度影响显著,拉弯成形时绝缘模具的应用可使钛合金型材保持在相对较高的温度490℃下成形,进而降低了回弹。

钛及钛合金型材模拟等温挤压速度控制系统

钛及钛合金型材是重要的航空航天结构材料,等温挤压对提高钛及钛合金型材的质量与产量均具有重大影响,关键是挤压过程变形温度和挤压速度控制。针对25MN钛及钛合金型材挤压机,研制了钛型材模拟等温挤压速度控制系统。该系统由红外测温仪、研华工控机、S7-1500PLC、执行控制装置构成,采用红外测温仪对挤压机模具口进行实时测温,工控机和PLC进行等温挤压速度曲线计算及温度挤压速度闭环控制,实现了对挤压过程变形温度和挤压速度的准确控制。生产运行表明,该系统对提高钛及钛合金挤压型材质量和挤压生产效率以及稳定挤压生产工艺具有重要作用,在钛及钛合金加工领域具有典型应用价值。

钛合金薄壁型材热拉伸变形行为及本构模型研究

为了研究钛合金薄壁型材的热拉伸变形行为,采用INSTRON高温拉伸实验机对OT4合金薄壁型材的板形拉伸试样进行热拉伸实验,获得了该合金型材在室温至600℃范围内的拉伸实验数据。分析了OT4合金薄壁型材的热拉伸变形规律,并在此基础上建立了其热拉伸变形的Johnson-Cook本构模型。采用相关性系数(R)和平均相对误差(AARE)对本构模型的预测能力进行评估,并对预测数据与实验数据之间偏差产生的原因进行了分析。结果表明,300℃及以下温度范围内,本构模型的应力预测值与实验值吻合度较好;但随着温度的升高,应力预测值与实验值之间偏差明显增大,导致模型的平均相对误差较高(值为4.3392%)。为了提高应力预测值与实验值之间的吻合度,本文对Johnson-Cook本构模型中相对温度与应力之间的关系进行修正,修正后的平均相对误差值降至2.0994%。

“钛合金型材快速脉冲锻打整形设备验证机”项目通过验收

4月28日,由宝鸡钛业股份有限公司(以下简称宝钛股份)与中国重型机械研究院股份公司合作完成的"钛合金型材快速脉冲锻打整形设备验证机"项目通过验收。这是我国企业首次自主开发钛合金型材整形加工装备及工艺,有利于满足我国航空航天对小截面钛合金薄壁型材的需求,打破国外技术封锁和产品垄断。