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“钛”不容易！超塑性成形来帮忙
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金属钛不容易加工成一个复杂的装置，但这是可以做到的。 几个高温成形工艺可以用来为航空航天器制作钛零件。这其中包括超塑性成形（SPF），热成形，还有蠕变成形。根据被加工元件的复杂程度，每个加工工艺可以用于不同元件上。另外，各工序工作温度均在材料的低温退火点以上（大约700℃）,所以几乎没有回弹冷却。 在上面提到的三个工序中，超塑性成形可以加工最复杂的形状，并且包含最紧凑的半径。超塑性成形和扩散粘结可以把两个或两个以上的钛合金元件加工成紧固件较少的整体加强结构。超塑性成形使用了一个包含所需装置以及外围的密封圈的工具，因此可以使用惰性气体压力来使材料成形。 典型的超塑性成形工序使用标准的α-β合金，例如6Al-4V，成形温度在900℃~925℃。成形温度会导致工具磨损以及氧化。并且还缩短了压力部件的寿命，例如加热器以及压力台。超塑性成形技术最新的一个革新是采用细粒合金可以使成形温度降到775℃。温度区间变低可以使工具表面保持光滑并且在被移除部分的表面上产生较少的α晶粒。波音公司现在使用这种材料来制造生产硬件，并且由于波音公司在超塑性成形工艺和超塑性成形/扩散粘结工艺中使用细粒合金，在2009年获得了这项技术的专利权。 各部分元件在加工过程中没有多余的材料变薄或者破裂，典型的伸长率在300%左右。标准的6Al-4V钛合金，晶粒尺寸大约为8μm，以及其他的标准晶粒，α-β合金，例如6Al-2Sn-4Zr-2Mo钛合金，成形温度在900~925℃之间。在这些温度下，模具寿命和表面抛光度还没有找到划算的解决方案。 现在研制出的不锈钢在900℃的空气中仍然具有抗氧化性，然而这和超塑性成形条件下钛，石墨和氧分压很低的硼润滑剂以及一些其他元素组成的合金特性是相似的。因为模具表面经常受到碰撞，所以必须经常清洗模具以保持所需的表面抛光性。最终，模具持续的热对流导致工具表面的退化，正常的清洗已经不能移除过多的热量。 另外，超塑性成形模具表面不可避免的有厚的部分，也有薄的部分，并且900摄氏度下反复热对流导致的应力会使模具产生裂纹。这些情况导致不得不给模具设置一定的间隔。 为了降低6Al-4V钛合金的成形温度，波音公司和俄罗斯的Verknaya萨尔达冶金生产协会（VSMPO）合作研制出晶粒尺寸为１μｍ的材料，并且超塑性成形温度在775℃左右。为了使工程师和制造商对术语熟悉，合金的化学特性一直在AMS4911的规范之内。而且，在超塑性成形之后会进行材料力学性能的测试，以使材料达到要求。由于标准晶粒材料的特性是已知的，所以这将有助于减少性能测试的次数。在较低温度下成形，有助于减少α晶粒的形成，而表面上影响疲劳寿命的易碎富氧层，可以通过化学铣削的办法移除。 两片清洁的金属钛可以通过扩散粘结粘在一起，所以如何在775℃的环境下通过扩散粘结的方式把材料粘结在一起，研究人员对此是非常感兴趣的。实验显示在这个温度下，使用相同时间、压力下的standard－grain表可以通过扩散粘结的方式把细晶6Al-4V材料粘在一起，并且还发现在相同温度，相同时间和压力曲线下，通过扩散粘结的方式可以把细晶6Al-4V材料和标准晶相α－β钛合金粘在一起。由于标准晶粒α-β材料要求温度在900-925℃下才能完全粘结，所以这是一个重大创新。  微信扫描左侧二维码，关注航空制造网，分享更多最新航空制造技术知识 |
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