TC4三层板结构超塑成形/扩散焊接工艺研究

摘要

超塑成形/扩散焊接（简称SPF/DB）工艺，是航空航天领域成形研究的重要内容之一。钛合金多层板空心结构件由于其良好的结构形态、较轻的零件重量和简化的零件数量，一直以来是工艺应用的重点。目前钛合金SPF/DB工艺虽己进入使用阶段，但我国在SPF/DB技术上与发达国家相比还存在较大的差距。因此，开展钛合金等先进材料的SPF/DB技术研究，对降低成本，提高构件性能，增加飞机推重比具有非常重要的意义。本文结合数值模拟，采用先扩散焊接后超塑成形的方法，开展TC4三层板结构超塑成形/扩散焊接工艺研究和探讨。
　　 本文首先依据超塑成形和扩散焊接基本原理和变形机理，确定TC4三层板结构SPF/DB的实验方案，提出显微组织分析焊合率和晶粒尺寸的方法，分析了超塑成形/扩散焊接过程的影响因素。
　　 在理论和实验工艺的基础上，利用MARC软件对TC4三层板结构的超塑成形过程进行数值模拟，优化成形零件结构，预测成形零件的壁厚分布，讨论应变速率对成形结果与成形时间的影响，证明1x10-3 s-1为最佳成形应变速率，并获得最大应变速率恒定条件下的超塑成形压力-时间(p-t)曲线。
　　 对成形零件壁厚分布情况及成形结果进行分析，根据不同扩散焊接部位的显微组织计算焊接接头的焊合率及晶粒尺寸，讨论不同变形量对晶粒尺寸影响。结果表明：成形零件整体壁厚均匀，最大减薄率为32％；扩散焊接接头的焊合率较高，最大值为100％;成形后晶粒尺寸较原始晶粒尺寸明显长大，并且芯板的左、右肋和成形圆角处的晶粒尺寸较其余部位小；成形零件上面板质量较好，下面板出现一处明显的沟槽，芯板成形较好。对比数值模拟结果与实验结果，表明二者吻合较好，数值模拟可靠。