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“鈦”不容易！超塑性成形來幫忙
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金屬鈦不容易加工成一個(gè)復(fù)雜的裝置，但這是可以做到的。 幾個(gè)高溫成形工藝可以用來為航空航天器制作鈦零件。這其中包括超塑性成形（SPF），熱成形，還有蠕變成形。根據(jù)被加工元件的復(fù)雜程度，每個(gè)加工工藝可以用于不同元件上。另外，各工序工作溫度均在材料的低溫退火點(diǎn)以上（大約700℃）,所以幾乎沒有回彈冷卻。 在上面提到的三個(gè)工序中，超塑性成形可以加工最復(fù)雜的形狀，并且包含最緊湊的半徑。超塑性成形和擴(kuò)散粘結(jié)可以把兩個(gè)或兩個(gè)以上的鈦合金元件加工成緊固件較少的整體加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。超塑性成形使用了一個(gè)包含所需裝置以及外圍的密封圈的工具，因此可以使用惰性氣體壓力來使材料成形。 典型的超塑性成形工序使用標(biāo)準(zhǔn)的α-β合金，例如6Al-4V，成形溫度在900℃~925℃。成形溫度會導(dǎo)致工具磨損以及氧化。并且還縮短了壓力部件的壽命，例如加熱器以及壓力臺。超塑性成形技術(shù)最新的一個(gè)革新是采用細(xì)粒合金可以使成形溫度降到775℃。溫度區(qū)間變低可以使工具表面保持光滑并且在被移除部分的表面上產(chǎn)生較少的α晶粒。波音公司現(xiàn)在使用這種材料來制造生產(chǎn)硬件，并且由于波音公司在超塑性成形工藝和超塑性成形/擴(kuò)散粘結(jié)工藝中使用細(xì)粒合金，在2009年獲得了這項(xiàng)技術(shù)的專利權(quán)。 各部分元件在加工過程中沒有多余的材料變薄或者破裂，典型的伸長率在300%左右。標(biāo)準(zhǔn)的6Al-4V鈦合金，晶粒尺寸大約為8μm，以及其他的標(biāo)準(zhǔn)晶粒，α-β合金，例如6Al-2Sn-4Zr-2Mo鈦合金，成形溫度在900~925℃之間。在這些溫度下，模具壽命和表面拋光度還沒有找到劃算的解決方案。 現(xiàn)在研制出的不銹鋼在900℃的空氣中仍然具有抗氧化性，然而這和超塑性成形條件下鈦，石墨和氧分壓很低的硼潤滑劑以及一些其他元素組成的合金特性是相似的。因?yàn)槟＞弑砻娼?jīng)常受到碰撞，所以必須經(jīng)常清洗模具以保持所需的表面拋光性。最終，模具持續(xù)的熱對流導(dǎo)致工具表面的退化，正常的清洗已經(jīng)不能移除過多的熱量。 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攝氏度下反復(fù)熱對流導(dǎo)致的應(yīng)力會使模具產(chǎn)生裂紋。這些情況導(dǎo)致不得不給模具設(shè)置一定的間隔。 為了降低6Al-4V鈦合金的成形溫度，波音公司和俄羅斯的Verknaya薩爾達(dá)冶金生產(chǎn)協(xié)會（VSMPO）合作研制出晶粒尺寸為１μｍ的材料，并且超塑性成形溫度在775℃左右。為了使工程師和制造商對術(shù)語熟悉，合金的化學(xué)特性一直在AMS4911的規(guī)范之內(nèi)。而且，在超塑性成形之后會進(jìn)行材料力學(xué)性能的測試，以使材料達(dá)到要求。由于標(biāo)準(zhǔn)晶粒材料的特性是已知的，所以這將有助于減少性能測試的次數(shù)。在較低溫度下成形，有助于減少α晶粒的形成，而表面上影響疲勞壽命的易碎富氧層，可以通過化學(xué)銑削的辦法移除。 兩片清潔的金屬鈦可以通過擴(kuò)散粘結(jié)粘在一起，所以如何在775℃的環(huán)境下通過擴(kuò)散粘結(jié)的方式把材料粘結(jié)在一起，研究人員對此是非常感興趣的。實(shí)驗(yàn)顯示在這個(gè)溫度下，使用相同時(shí)間、壓力下的standard－grain表可以通過擴(kuò)散粘結(jié)的方式把細(xì)晶6Al-4V材料粘在一起，并且還發(fā)現(xiàn)在相同溫度，相同時(shí)間和壓力曲線下，通過擴(kuò)散粘結(jié)的方式可以把細(xì)晶6Al-4V材料和標(biāo)準(zhǔn)晶相α－β鈦合金粘在一起。由于標(biāo)準(zhǔn)晶粒α-β材料要求溫度在900-925℃下才能完全粘結(jié)，所以這是一個(gè)重大創(chuàng)新。  微信掃描左側(cè)二維碼，關(guān)注航空制造網(wǎng)，分享更多最新航空制造技術(shù)知識 |
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