10钛合金的先进制造技术PPT.ppt

第8章 飞行器生产中 钛合金的先进制造技术; 8.1 钛板超塑性成形 8.1.1 超塑性成形的特征 塑性：是金属的主要属性之一，它指的是金属在不遭受破坏的情况下，既具有永久变形能力又具有足够强度的性能。 “超塑性”就是超出一般“塑性”指标的金属的特性。 作为衡量塑性优劣的一个重要指标延伸率δ值，一般金属均不超过百分之几十，如黑色金属不大于40%，有色金属不大于60%（软铝约为50%，而金银一般也只80%），它们即使在高温下拉伸，也难以达到100%。从材料的提纯、冶炼、锻造和热处理中设法改善金属的塑性，但都不理想，无法大幅度提高塑性指标。; 在长期以来金属变形的研究中，有人发现某些金属在一定条件下具有大大超过一般塑性的特异性能，这些具有超塑性的金属其δ值可超过百分之百，有的甚至达到百分之二千也不产生缩颈现象。随着研究的深入，普遍认为这种特殊的、巨大的延伸特性并不限于某几种合金；对大多数金属材料，包括钢铁等黑色金属以及一般认为难成形的钛合金等，在特定条件下都可使δ值提高几倍至几十倍。比如Ti-6Al-4V板材，常温下的δ值约10%，Ti-5Al-4V约14%，前者在加温到760℃时，δ值约为65%，850℃时约90%，即使加温到900℃也只达110%左右。然而处于超塑性条件下的Ti-6Al-4V，δ值可高达500%以上，甚至1000%以上。; 超塑性是一种奇特的现象。具有超塑性的合金能像饴糖一样伸长10倍、20倍甚至上百倍，既不出现缩颈，也不会断裂。金属的超塑性现象，是英国物理学家森金斯在1982年发现的，他给这种现象做如下定义：凡金属在适当的温度下（大约相当于金属熔点温度的一半）变得像软糖一样柔软，而应变速度10毫米/秒时产生本身长度三倍以上的延伸率，均属于超塑性。;超塑性与传统成形方法相比，具有如下特征： (1) 大变形 超塑性材料在单向拉伸时δ值极高，表明超塑性材料在变形稳定状态方面要比普通材料好得多。 (2) 无缩颈 超塑性材料表现出很强的抗颈缩能力，无明显的局部缩颈。 (3) 小应力 超塑性材料在变形过程中，变形应力可以很小，具有粘性或半粘性流动的特征。通常用流动应力表示变形应力的大小。在一定的速度下，流动应力σ要比一般金属的变形应力小到几分之一以至几十分之一。 (4) 易成形 由于超塑性材料具有上述特点，在变形过程中基本没有应变硬化，因此压力加工流动性与填充性极好，所需设备能量低。; 使用超塑性加工制造零件的另一优点是可以一次成型，省掉了机械加工、铆焊等工序，达到节约原材料和降低成本的目的。在模压超塑性合金薄板时，只需要具备一种阴模或阳模即可，节省一半模具费用。超塑性加工的缺点是加工时间较长，由普通热模锻的几秒增至几分钟。; 将超塑性成形应用于钛合金构件成形具有如下主要优点： 在一道成形工序内可用低塑性钛合金制成复杂形状的构件，而且总变形量或局部变形量很大； 由于合金变形阻力大大减小，成形过程的动力参数值（应力、压力）也减小，因此可以广泛采用非压床模压成形； 由于能很好地贴模成形，而且没有回弹，因此，成形的构件精度很高； 工艺过程相对简单而且机动灵活，可以保证生产准备周期短、耗费少，并可对生产工艺及产品结构进行改革. ;8.1.2 超塑性分类与机理 1. 超塑性的分类 延伸率超过100%作为衡量材料有无超塑性的标准。 流变方程 应变速度敏感指数m值作判据；若m0.3时，即认为有超塑性。实验证明，m值越大，材料超塑性性能越好。因此，金属材料超塑性是在特定条件下（高温、细晶粒和低应变速率），材料出现异常的延伸率的总称。;金属材料的超塑性大体可以分为三类： (1) 组织超塑性 材料具有超塑性的必要条件是具有均匀等轴的微晶组织，较低的应变速率和高于金属熔点温度的百分之五十，并保持恒温状态。因此又称微晶超塑性，或称组织超塑性。这类钛合金最典型的是Ti-6Al-4V，对它的研究最广泛。;(2) 相变超塑性 它是在一个变动频繁的温度环境下，经相变或同素异晶转变，和组织超塑性一样，在低应力作用下，同样获得无缩颈的高延伸率称为相变超塑性。由于温度的反复变化，引起组织结构的变化，故又称动态超塑性。而前一种没有相的转变故又称静态超塑性。 材料产生相变或同素异晶转变是必要条件。而钛与铁相似，在882℃发生相的转变，低于此温度时是α钛，密排六方晶格是稳定的；高于此温度是β钛，体心立方晶格也是稳定的。这类超塑性研究较少，有待深入。;(3) 短暂超塑性 近期研究发现，普通非超塑性材料在一定条件下，进行快速变形在短时间内会呈现出超塑性性质，这种现象称为短暂超塑性。这种材料必须具