一种钛合金超塑性变形的方法与流程

本发明属于钛合金加工，涉及一种钛合金超塑性变形的方法。

背景技术：

1、钛合金是航空、航天领域常用的高温结构材料，具有比强度高、抗高温氧化性能优异、耐蚀性优良等优点。然而，钛合金通常加工性能较差，对于复杂结构的钛合金零部件，采用传统的加工方法效率极低。为了制造航空、航天领域的复杂钛合金零部件，超塑性成形技术逐渐在钛合金精密成形领域得到应用。超塑性成形技术包括气胀成形、超塑性连接等，是利用超塑性变形原理，在高温、低应变速率下实现材料的大变形量(参见：周凌华，沈中伟，许涛.ti-55钛合金双层板的超塑成形/扩散连接数值模拟及工艺试验[j].锻压技术，2022，47(8)：76-82)。通常，有色金属断后伸长率达到100％即认为其实现了超塑性变形。钛合金在适宜的变形温度、应变速率条件下，可以获得接近1000％的断后伸长率，因此钛合金的超塑性变形具有广阔的应用前景。

2、发明人在先专利申请cn 104962777中对ti-nb-zr-o系钛合金成分进行了优化设计，经过优化设计后钛合金组分及重量百分比为nb：33wt％～37wt％；o：0.3wt～0.5wt％；zr：0wt～3wt％；余量为ti，该钛合金经固溶及冷变形后，具有低弹性模量、高强度(弹性模量e≤65gpa、抗拉强度σ0.2≥900mpa)、高弹性的显著优点，特别适合制造具有弹性回复功能的薄壁件，如弹性翻转膜片、弹性封严结构等。然而由于该合金具有优异的弹性性能，常规的精密冷加工方法难以实现复杂结构的薄壁零件的精密成形。实现高氧tinb超弹性钛合金的超塑性变形，有利于推广高氧tinb超弹性钛合金制备具有薄壁-精密复杂结构的弹性元件，对于扩展高弹钛合金制品的应用领域具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种钛合金超塑性变形的方法，以能够利用高应变速率的超塑性变形原理实现具有复杂结构的高氧tinb超弹性钛合金弹性零部件的超塑性成形。

2、为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种钛合金超塑性变形的方法，所述的方法依次包括如下步骤：

3、(1)将ti-nb-zr-o系钛合金获得钛合金锻坯后进一步经过轧制获得弹性钛合金板材，并根据加工设备要求将所述钛合金板材加工成所需形状；

4、(2)通过塑性加工方式将所述钛合金板材成形，制备出具有复杂结构的钛合金制件；

5、(3)对所述钛合金制件进行淬火，获得超塑性变形后的弹性钛合金制件。

6、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种钛合金超塑性变形的方法，其中步骤(1)中，所述ti-nb-zr-o系钛合金按重量百分比的组成为：nb：33wt％～37wt％；o：0.3wt～0.5wt％；zr：0wt～3wt％；余量为ti。

7、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种钛合金超塑性变形的方法，其中步骤(1)中，获得钛合金锻坯的方法为：对所述ti-nb-zr-o系钛合金进行熔炼，获得钛合金铸锭，将钛合金铸锭扒皮、切去冒口和尾端后，经过开坯锻造后得到钛合金锻坯。

8、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种钛合金超塑性变形的方法，其中步骤(1)中，所述轧制为热轧和/或冷轧。

9、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种钛合金超塑性变形的方法，其中步骤(2)中，所述塑性加工方式选自吹塑、模压或真空成形。

10、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种钛合金超塑性变形的方法，其中步骤(2)中，塑性加工的设备选自吹塑、模压、真空成形、锻造、挤压或拉伸设备。

11、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种钛合金超塑性变形的方法，其中步骤(2)中，塑性加工在真空或气体保护环境下进行，塑性加工中变形温度为700-900℃，初始应变速率为10-1-10-3s-1。

12、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种钛合金超塑性变形的方法，其中步骤(2)中，所述复杂结构的钛合金制件为大曲率(曲率半径为50-500mm)变截面厚度(截面厚度为0.5-5mm)的弹性蒙皮结构。

13、在一种优选的实施方案中，本发明提供一种钛合金超塑性变形的方法，其中步骤(3)中，所述淬火为在冷水中淬火。

14、本发明的有益效果在于，利用本发明的钛合金超塑性变形的方法，能够利用高应变速率的超塑性变形原理实现具有复杂结构的高氧tinb超弹性钛合金弹性零部件的超塑性成形。

15、本发明的有益效果具体体现在：

16、(1)本发明基于超塑性原理进行高氧tinb超弹性钛合金的变形，流程短、生产效率高，可以精确控制，尺寸精度高，规格灵活，材料利用率高；

17、(2)本发明可以实现亚稳定的弹性钛合金大的局部变形量，特别适合大曲率-变截面-薄壁复杂结构零部件和难成形部位的成形，适合复杂结构零部件和难成形部位的大变形量加工。

技术特征：

1.一种钛合金超塑性变形的方法，其特征在于，所述的方法依次包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述ti-nb-zr-o系钛合金按重量百分比的组成为：nb：33wt％～37wt％；o：0.3wt～0.5wt％；zr：0wt～3wt％；余量为ti。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，获得钛合金锻坯的方法为：对所述ti-nb-zr-o系钛合金进行熔炼，获得钛合金铸锭，将钛合金铸锭扒皮、切去冒口和尾端后，经过开坯锻造后得到钛合金锻坯。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述轧制为热轧和/或冷轧。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述塑性加工方式选自吹塑、模压或真空成形。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，塑性加工的设备选自吹塑、模压、真空成形、锻造、挤压或拉伸设备。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，塑性加工在真空或气体保护环境下进行，塑性加工中变形温度为700-900℃，初始应变速率为10-1-10-3s-1。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中，所述复杂结构的钛合金制件为大曲率变截面厚度的弹性蒙皮结构。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中，所述淬火为在冷水中淬火。

技术总结
本发明属于钛合金加工技术领域，涉及一种钛合金超塑性变形的方法。所述的方法依次包括如下步骤：(1)将Ti‑Nb‑Zr‑O系钛合金获得钛合金锻坯后进一步经过轧制获得弹性钛合金板材，并根据加工设备要求将所述钛合金板材加工成所需形状；(2)通过塑性加工方式将所述钛合金板材成形，制备出具有复杂结构的钛合金制件；(3)对所述钛合金制件进行淬火，获得超塑性变形后的弹性钛合金制件。利用本发明的钛合金超塑性变形的方法，能够利用高应变速率的超塑性变形原理实现具有复杂结构的高氧TiNb超弹性钛合金弹性零部件的超塑性成形。

技术研发人员：王春阳,王玉会,张旺峰,李野
受保护的技术使用者：中国航发北京航空材料研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15