电流辅助钛波纹管成形工艺优化

摘要

钛及钛合金拥有密度低,比强度高的特点,并且具有十分良好的抗腐蚀性能,同时在高、低温下都拥有较好而稳定的性能,在航天航空、化工能源、及其他领域有着广泛的应用前景。波纹管常见的失效形式主要是腐蚀失效。对于一些性能要求严格的场合,例如:航天航空、化工石油等,钛和钛合金波纹管得到的主要的应用。而目前对于钛及钛合金波纹管的成形方法主要是冷成形,例如:机械成形和液压成形。而钛及钛合金的常温成形则十分困难,而目前较新发现的高温超塑性成形方法也有着效率低、能耗十分巨大的缺陷。本课题使用的钛管坯壁厚较薄,并且因为相较于其他金属,钛本身导电能力较差,导电产热高,所以对其加载一定载荷的直流电流,可以在几分钟内将管坯成形区域加热到成形所需温度,对于生产率有着明显的提高。材料利用率也得到了加强,减少对于环境的污染。而通过气体内压胀形和轴向加载补料的复合工艺,成形的波纹管壁厚均匀,没有过分减薄。
　　用不同的电流载荷加热钛管坯,同时使用红外测温成像仪记录各个直流电流载荷下的钛管温度曲线,得到钛管随时间的升温变化规律,为后面实验电流参数选择提供依据。本文采用Abaqus软件对电流辅助成形过程进行数值模拟,初步确定合理的钛波纹管成形工艺参数,分析其模拟成形件的壁厚分布。
　　设计和制造实验所用的陶瓷模具,并且在实验过程中加入了保护陶瓷模具的金属骨架结构。设计和搭建成形所需的平台,平台用于安装固定管坯和陶瓷模具,并且搭载了提供稳定轴向压力的气缸,在平台的关键部位进行了绝缘处理。
　　对外径为31.8mm,内径为30mm,壁厚为0.90mm的钛管成形,成形电流为625A。成形过程分为三阶段:形成初波、轴向补料与气胀充满。分析成形中产生的问题,发现成形的关键在于:电加热的温度均匀性、左右两端补料的同步性和速度控制问题。对壁厚分析,发现胀形波纹壁厚分部较均匀,对组织分析,发现此工艺加热和成形时间短,成形温度低于钛的相变温度,故而成形件晶粒长大不多,并且呈等轴状分布均匀。

目录

电流辅助钛波纹管成形工艺优化

Dissertation for the Master Degree in Engineering

摘 要

Abstract

目 录

第1章绪 论

1.1引言

1.2钛及钛合金

1.3钛及钛合金波纹管的成形方法及应用

1.4电流辅助成形工艺

1.5课题意义及主要研究内容

第2章电流加热温度场观测和控制及成形模拟

2.1引言

2.2钛管材电流辅助成形加热装置

2.3电流辅助加热温度场观测和控制

2.4管坯的成形模拟

2.5本章小结

第3章实验材料及成形模具的设计与制造

3.1引言

3.2陶瓷模具的设计及制造

3.3陶瓷模具保护机构设计

3.4成形装置的设计和成形原理

3.5本章小结

第4章成形实验及组织分析

4.1引言

4.2采用陶瓷模具成形波纹管

4.3组织分析

4.4壁厚分析

结 论

参考文献

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致 谢