钛合金空心球制备技术研究

发布时间：2020-04-29 20:48

【摘要】：空心球复合材料是一种良好的减振降噪材料,具有良好的综合性能。因其通过加工工艺、空心球的尺寸和壁厚的变化以及基体和球体材料的改变,使空心球复合材料的性能发生变化,这是实体材料所无法比拟的。此外它的性能数据不仅仅可应用于特殊应用的评估,通常也可用于建立数据库帮助包含该种材料的多孔材料或元件的计算机辅助建模。然而,由于非金属空心球与金属基体材料界面结合能力较差,小尺寸金属空心球制备困难,导致金属基空心球复合材料的应用受到限制。本课题参照恒压锻造理论,结合扩散焊接连接技术,主要研究了钛合金在冲压成型/扩散焊接两个成型步骤中,不同塑性变形量分配方案下的空心球制备技术和力学性能。研究结果证明:通过冲压成型过程制备钛合金空心半球过程中,由于供货态TC4物相组成为α-Ti与β-Ti的双相组织,板材抗拉强度可以达到1212MPa,但由于材料微组织的不均匀分布,导致板材塑性变形能力不足,不足以实现小直径空心半球冲压成型过程;TA4板材为α-Ti单相组织,虽然密排六方晶体结构限制了位错滑移,能够以孪生变形的方式产生足够的塑性变形量。由于冲压过程中各部分受力状态差异较大,导致冲压速率对材料断裂失效呈现比较明显的影响,冲压速率的降低可以为平衡冲压成型的变形量分布不均提供时间,在冲压速率从30mm/min降低到0.3mm/min过程中,TA4板材的断裂时效位置从接近凹模边缘的位置,移动到与凸模对称轴呈45°角的位置上,板材在试验设计条件下的极限变形量逐渐增加,最终在0.3mm/min试验条件下实现实验设计冲压变形量。钛合金板材扩散焊接工艺试验中,为在扩散焊接过程中同时实现钛合金热塑性变形过程,将扩散焊接保温温度设计为750℃,在扩散焊接压力为15MPa条件下研究保温时间对焊缝位置元素扩散距离的影响,扩散时间为2h条件下,探究扩散焊接压力对焊接界面缺陷形貌的影响。试验结果显示,随着扩散时间的增加,元素在界面位置的扩散距离随之增加,焊接缺陷随着扩散焊接压力的增加数量和尺寸均有所减小,在15MPa压力条件下,750℃保温2h,TA4-TA4板材之间获得良好的扩散焊接接头,且试样在焊接过程中厚度方向上不发生明显的塑性变形。在过变形量冲压成型(凸模冲压位移约为2.5mm)-扩散焊接试验中,获得良好空心球圆整度的实验参数为焊接压力15MPa,温度750℃,保温时间2h。该条件下扩散焊接的钛合金空心球轴向剖面较接近正圆,但半球之间的连接板材厚度的影响较为明显,该部分连接板材在两冲压半球之间形成厚度约为1mm的圆柱面,在一定程度上影响了空心球的圆整度,而且冲压成型过程中产生的变形圆角不能消除,导致钛合金空心球力学性能方向性差异较大;在低变形量冲压成型(凸模冲压位移约为1.2mm)-扩散焊接试验中,获得良好圆整度钛合金空心球的试验参数为25MPa,温度750℃,保温时间2h。相比于过变形量冲压成型-扩散焊接过程制备的空心球材料,通过低变形量冲压成型-扩散焊接工艺制备的钛合金空心球圆整度更优异,扩散焊接过程中空心球连接板材发生明显的塑性变形,较大的塑性变形量补充了冲压成型变形量不足的缺陷,同时有效的消除了本就不很明显的变形圆角,制备的钛合金空心球壁厚方向上没有宏观焊接缺陷,焊缝对空心球整体力学性能的不利影响得到改善。
【图文】：

金属研究院的迟煜，

本文编号：2644984