[发明专利]航空航天钛合金板材应变诱发式半固态多点模压成形工艺

说明书

航空航天钛合金板材应变诱发式半固态多点模压成形工艺，先对原始钛合金板料进行冷锻加工，获得聚集应变能钛合金板材；然后将聚集应变能钛合金板材放入感应加热炉进行加热和保温处理，然后采用应变诱发熔体活化法制备半固态钛合金板材；再将半固态钛合金板材放置在多点模具中，调整多点模具的基本体阵列的成形面形状，使用压力机推动多点模具的上模具体，对半固态钛合金板材进行半固态多点模压热成形得到半固态成形钛合金板材；最后对半固态成形钛合金板材进行板材等温热处理，然后进行精加工获得最终的钛合金零件；本发明提高了加工效率和成形质量，缩短了工时；成形范围比较宽，可实现柔性制造。

技术领域

本发明属于钛合金零件热成形技术领域，具体涉及航空航天钛合金板材应变诱发式半固态多点模压成形工艺。

背景技术

随着制造业的发展，具有良好力学性能的钛合金板材的需求量越来越大，钛及钛合金因密度小、比强度高、耐腐蚀、耐高温、无磁、焊接性能好等优良综合功能，广泛应用于飞机起落架部件、框、梁、机身蒙皮、隔热罩、压气机盘、叶片、鼓筒、高压压气机转子和压气机机匣等部件。航天飞行器在超高温、超低温、高真空、高应力、强腐蚀等极端条件下工作，除需要高超的结构设计技术外，还依赖材料所具有的优异特性和功能。钛合金在制造燃料储箱、火箭发动机壳体、火箭喷嘴导管、人造卫星外壳等方面得到了典型应用。由于钛合金材料优异的性能，某些航空飞行器的重点部位也采用钛合金材料制造。

钛合金板材的现有热成形方法是首先对坯料进行初步成形，然后在模具里将材料加热至800-900℃进行热冲压再成形。其中在模具中加热后的热冲压过程易出现多种缺陷如：材料内部组织无法形成球化组织、易发生回弹变形、热处理的效果不佳等；此外，在热加工过程中，整体工时长，生产效率低，无法完成高效生产；在航空薄壁结构件中，不同的零件具有不同的型面，针对每一种型面都需要单独的模具，这样导致单个压力机生产的零件形状单一。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种航空航天钛合金板材应变诱发式半固态多点模压成形工艺，半固态成形的显微组织(颗粒状、非枝晶状)在固液两相区具有很好的流动性，成形性好，提高了加工效率和成形质量，缩短了工时；多点模压成形将整体模具离散化，改变基本体的包络面形状成形不同的型面，成形范围比较宽，可实现柔性制造，并且不仅可以进行中厚板成形，采用压边技术也能进行薄板多点成形，通过分段多点成形工艺能够实现大尺寸零件的成形。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

航空航天钛合金板材应变诱发式半固态多点模压成形工艺，包括以下步骤：

1)板材初步成形：先准备用于航空航天的厚度为t₀的原始钛合金板料1-1，使用压力机对原始钛合金板料1-1进行冷锻加工，使壁厚减薄为t₁，通过冷加工过程获得聚集应变能钛合金板材1-2；

2)半固态板材制备：将聚集应变能钛合金板材1-2放入感应加热炉进行加热和保温处理，然后采用应变诱发熔体活化法制备半固态坯料，控制加热温度为钛合金的半固态温度段1000℃以上，并保温5～30min，以获得固相分数在40％～60％之间且具有平均晶粒尺寸50μm、形状因子0.7微观组织的半固态钛合金板材1-3；

3)板材多点模压：将步骤2)获得的半固态钛合金板材1-3放置在多点模具1-4中；调整多点模具1-4的基本体1-4-2阵列的成形面形状，以适合最终成形的成品板材的形状；使用压力机推动多点模具1-4的上模具体1-4-1，对半固态钛合金板材1-3进行半固态多点模压热成形，获得半固态成形钛合金板材1-7，将钛合金板材的壁厚从t₁减薄到t₂，达到t₂t₀/3；