某航空用大型盘类构件锻造成形工艺设计及优化

发布时间：2020-07-17 04:54

【摘要】：随着航空、航天、舰船及能源工业的发展,产品中结构件的尺寸日趋增大,形状越来越复杂以及所用材料的强度不断提高,给塑性成形带来了新的挑战,突出地表现在设备的吨位不足与变形的不均匀性增加。其中,航空用大型结构件主要采用高强钛合金制成,常规成形方法成形载荷大、变形不均匀,锻件组织和性能稳定性差,因而开展航空用大型构件省力与近均匀成形研究成为提高航空飞机质量和稳定性的关键技术。本文以某航空用Ti55531钛合金大型盘类构件为研究对象,研究了两种常规成形方法下锻件变形机理及成形缺陷,在此基础上提出了应用中空分流成形工艺与软包套工艺相结合的方法以实现模锻省力与近均匀成形。基于该成形方案,研究了中心孔直径、软包套工艺和各工艺参数对中空分流成形载荷和锻件变形均匀性的影响规律,并得到锻件成形的最优工艺参数。论文的主要研究工作有以下几点:(1)采用Gleeble试验机对Ti55531钛合金在温度为730-880°C,应变速率为0.001-1s~(-1)条件下进行热压缩试验,得到不同变形状态下的高温流变应力曲线。对热压缩试验数据进行回归分析,分别建立了Ti55531钛合金在?(10)?两相区和?单相区变形时的本构模型,为后期数值模拟分析奠定了理论基础;(2)针对该大型盘类构件的材料特性和结构特点,研究分析了一模两火成形和预锻+终锻成形两种常规锻造成形方法下的锻件变形机理,得出两种常规锻造方法存在成形载荷大和变形不均匀的缺陷,产生缺陷的原因在于锻件尺寸大、材料变形抗力大以及锻造工艺不合理等,基于分析结果提出了应用中空分流成形工艺与软包套工艺相结合的方法以实现模锻省力与近均匀成形;(3)将中空分流成形工艺和软包套工艺应用于该大型盘类构件模锻成形,研究了中空分流成形锻件变形机理,分析了中心孔直径、软包套工艺及各工艺参数对中空分流成形载荷和锻件变形均匀性的影响规律,得出中心孔直径为Φ150mm、模具预热温度为350-450°C、摩擦系数为0.2-0.4、压机速度为5mm/s时的成形载荷和锻件变形均匀性具有良好的匹配关系。此时中空分流成形最大载荷为7.03万吨,锻件有效变形区占比达到80%以上,且小变形区和大变形区主要分布在后续机加工可去除的内孔和锻件表面区域,可实现省力与近均匀成形;(4)将中空分流成形工艺及优化后的工艺参数应用于指导实际生产,生产结果表明,锻件成形良好且组织和性能均能满足使用要求。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V261.32
【图文】：

工艺图,热压缩试验,工艺

图 2.1 热压缩试验工艺Fig.2.1 Schematic illustration of hot deformation图 2.2 热压缩试验装置示意图Fig.2.2 Compression device diagram

热压缩试验,高温流变,钛合金

图 2.2 热压缩试验装置示意图Fig.2.2 Compression device diagram金高温流变行为验，获得 Ti55531 钛合金的真应力-真应变数，得到 Ti55531 钛合金的高温流变应力曲线31 钛合金热压缩变形过程中流动应力变化应变的增加快速达到峰值，随着变形程度的后趋于稳定，并且稳态流变应力随着变形温看出，不同温度区间，材料流变应力变化形的初始阶段，应力急剧增大，迅速达到一步下降最后趋于稳定状态，曲线呈动态再结到最大值后，随着应变的增加流变应力基本态回复型。

曲线,真实应力,钛合金,曲线

2 Ti55531 钛合金热力学行为研究当应变速率较小（）时，流变应力曲线的变化趋势基本相同，两相区有明显的硬化-软化现象，单相区先硬化，但应力达到最大值后，呈现出流变稳态。当应变速率较大（）时，两相区变形仍然是明显的硬化-软化现象，但是在单相区变形时，应力先达到峰值后下降，然后又上升，最终趋于稳定状态。

【参考文献】