鈦合金超塑成（chéng）形工藝（yì）及應用（yòng）

鈦合金具有抗疲勞、比強度高、耐腐蝕耐高溫、一定的形狀記憶性能、優越的力（lì）學性質、化學性（xìng）質（zhì）穩定等優點,在航空航天、化學化工等領域得到了越來越廣泛的應用。但是鈦（tài）合金也具有彈性模量（liàng）低、冷變（biàn）形抗力（lì）大、屈強比高、塑性不（bú）高、回彈嚴重、冷加工性能差等缺點,使其在加工後容易產生回彈以及各向異性爐。因此,各國學者與專家加強了對鈦合金超塑性的研究。所謂超（chāo）塑性是指（zhǐ）材料在一定的內（nèi）部（bù）條件（jiàn）和外部（bù）條件下,呈現出異常低的流變抗力、異常（cháng）高的流（liú）變性能（néng）的現象。

1、鈦合金的超（chāo）塑成形工藝

1.1 鈦（tài）合金超塑成形的條件

(1)溫度:即（jí）恒定的變形溫度（dù）。不同的鈦（tài）合金其溫度有所不同,但（dàn）是大（dà）概的區間在700~1000℃之間。比如Ti-6AL-4V的溫度（dù）是850℃。

(2)應（yīng）變（biàn）速率:具有超塑性的金屬一般具有緩慢的應變速率,這（zhè）是因為原子擴（kuò）散需要充分多的時間。比如Ti-6AL-4V的應變速率為1.3×10-4~10-3 s-1。

(3)超（chāo）細晶（jīng）粒結構:要求具（jù）有（yǒu）等軸、細微的晶粒結構,比（bǐ）如鈦合金的晶粒尺寸小於3mm。

以上3個條件,除了（le）晶粒結構是（shì）由原材料的性質來決定、作保證的（de）以外,溫度（dù）和應變速率都可以由超（chāo）塑成形設備（bèi）和工藝來保證。

1.2 鈦合金超（chāo）塑成（chéng）形的模具

因為鈦合金超（chāo）塑成（chéng）形的溫度一般在700℃~1000℃之（zhī）間（jiān）,因此對模具的材料的性質有著特（tè）殊的要（yào）求,比如較高的高溫強度、熱（rè）穩定（dìng）性要好、熱膨脹係數要小、材料價格低廉、加工（gōng）製作方麵等等,目前主要有耐熱合金、耐熱鋼、陶（táo）瓷和（hé）碳纖維增強（qiáng）複合材料模具等等。比如碳纖維增強複合材料模具,其變形（xíng）抗力在室溫和1000℃高（gāo）溫的環境下幾乎是相（xiàng）等的,而且（qiě）碳纖維增（zēng）強複合材料（liào）模具隻有耐（nài）熱鋼模具重量的1%;碳（tàn）纖維增強複合材料模具在（zài）冷卻時,其（qí）收縮率小於成形零件,利於零件的脫模（mó）;碳纖（xiān）維（wéi）增強複合材料模具的製模設備價格低廉。

1.3 鈦合（hé）金超塑成形的工藝

(1)高溫加熱:鈦合金超塑成形一般采用模具爐內加熱法,即模具放進爐內高溫加（jiā）熱,直至加熱到超塑成（chéng）形的溫度,再把鈦合金原料放入模具內（nèi）,靠模具的（de）熱（rè）傳導使鈦合金原料升溫到（dào）超塑成形溫度。

(2)密封（fēng）:因（yīn）為鈦合（hé）金超塑成形是氣壓成形（xíng）,因此模具和鈦合（hé）金原料都要（yào）密封處理。

(3)真空:為了保證鈦合金零件貼膜良（liáng）好,對鈦合金原料起到保護作用,要對模腔內抽真空。

(4)刷保護塗料:因為鈦合金超塑成形溫度很高,為了（le）防止（zhǐ）其氧化（huà）和吸氫,需要在鈦合金原料表麵刷上一層保護塗料,起到保（bǎo）護層的作用。對於保護塗料也有一定的特殊要求,比如要可以生成一層致密的保護膜,且具有良好的（de）耐（nài）高溫性（xìng）、熱穩定（dìng）性和潤滑性,對模具和（hé）鈦合金零件不能有（yǒu）汙染,價格要便宜,而且易於塗刷和清洗,比較常用的有石墨水劑、高溫油漆。

(5)充氣:由於鈦合金超塑成形（xíng）是氣壓成（chéng）形,因此要向模具（jù）裏壓入一定壓力的惰性氣體(為了（le）防止鈦合金在高溫下氧化和吸氫),並且充氣速率要緩慢。

公司是一家（jiā）集（jí）精密機械零部（bù）件加工，北京不鏽鋼零件加（jiā）工,北京鈦合金（jīn）加工各類工裝夾（jiá）具、治具、非標設備設計製造以及衝壓模具、注塑（sù）模具、橡膠模具加工（gōng）的專業廠家，是中國模具協會會員企業。

2、鈦合金（jīn）超（chāo）塑成形的一些實例

2.1 超塑等溫鍛造

超塑等（děng）溫鍛造（zào）是使用耐熱合（hé）金模具進（jìn）行鍛造,在模具周圍包裹高頻感應加熱線圈,使（shǐ）鈦合金原料和模具在相同的溫度下（xià）成形,得到更接近需要零件持續（xù）的工件,省去後續精加工,降低成形成（chéng）本。比如上海鋼研所用等溫鍛造對Ti-5AL-4Mo-9Cr-2Sn-2Zr進行了超塑成形,生產出超生換能器變幅（fú）杆和（hé）帶葉片的整體渦輪盤,不僅降低了加工時間,也使成形成本降低了20%~30%。

2.2 氣壓成形

氣壓成形是***能體現鈦合金（jīn）超塑成形全部特點的（de）工藝（yì）。它具有一次加工成形（xíng）、加工簡單、加（jiā）工零件尺寸不受（shòu）限製、成形壓力小（xiǎo）、模具成本低、不（bú）會產生殘餘應力(因為（wéi）是低速成形)等優點。比（bǐ）如北京機電研究所（suǒ）利用氣壓成形製造了球底件、波紋板等等。

2.3 超塑性成形與擴散鏈接的結合

超塑成形與擴散鏈接的方法是利用材（cái）料的超塑性與擴散鏈接在同一（yī）溫度下的特性,在成形的同時（shí）完成連接,製造出（chū）形狀各異的（de）整體零件。美國是***早利用鈦合金超塑性成形與擴散（sàn）鏈接的結合的技術研究與應用的。資料顯示,1986年美國麥道公司生產的F215戰（zhàn）鬥機上就有鈦合金SPF/DB結構件（jiàn）約100個。

2.4 真空（kōng）成形

真空成形是在超塑性溫度範圍內,將板材在真空環境下壓入模具成形,一般采用陶瓷（cí）模具,可以防止（zhǐ）零件在（zài）高溫下蠕變而產生皺褶。資料顯示,美國與日本（běn）已經利（lì）用了真空成形方法加工了Ti-6AL-4V合金。

3、鈦合金超塑成形的應用

鈦合（hé）金超塑成形主要應用（yòng）在航天航空領域。在國外,鈦合金超塑（sù）成形工藝已經用於（yú）BAe125行政機應急艙門的生產,使飛（fēi）機減重10%,成本降低30%;用於ATP直升機檢修艙門的（de）生產,使（shǐ）其成本降低（dī）40%;用於F-15戰鬥機隔熱板、發動機噴口、起落架艙（cāng）門、後機（jī）身上部鈦外殼的生產,使F-15戰鬥機減重72.6Kg;用於B-1轟炸機檢修艙門（mén）、短艙框架的生產,使B-1轟炸機減重31%,成本降低50%。

我國開展鈦合金超塑成形工藝的研究也有快（kuài）20年（nián）的曆史了,在國內,鈦合金超塑成形已經應（yīng）用於電瓶罩的生產（chǎn）,替代了不鏽鋼（gāng）件,使電瓶罩減重47%,成本降低50%;應用於發動（dòng）機維護口蓋的生產（chǎn）,代替了鋁合金鉚接件,使發動機維護口蓋減（jiǎn）重20.5%,成本降低55%。

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