一种钛合金的热蠕变成形工艺方法技术

本申请涉及钛合金制件热压成形技术领域，具体公开了钛合金的热蠕变成形工艺方法，具体包括如下步骤：(1)采用清洗溶剂清洁TA32钛合金毛坯料和模具表面，直至表面无灰尘、腐蚀、油脂、杂质等污物；(2)将模具安装到热成形机；(3)在TA32钛合金毛坯料和模具的表面刷涂耐高温润滑剂；(4)启动热成形机对模具进行加热，并将模具加热至780

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金的热蠕变成形工艺方法


[0001]本专利技术涉及钛合金制件热压成形
，具体涉及钛合金的热蠕变成形工艺方法。

技术介绍

[0002]钛合金是一种新型结构材料，其具有优异的综合性能；如：密度小、比强度高、疲劳强度和抗裂纹扩展性能好、低温韧性良好、抗蚀性能好等。因此它在航空、航天、船舶等领域获得了广泛的应用。对于航空发动机内外整流罩、导向器内环、压气机集气室等部件，国际上已普遍采用钛合金板材热压成形技术。在我国航空制造工艺中，钛合金材料及其热成形技术也在逐步发展。
[0003]如：2022年3月发表于“塑形工程学报”第29卷第3期的《TA32钛合金双层结构零件超塑成形/扩散连接工艺》中指出的“飞机型号快速迭代升级对新一代飞机在飞行速度、结构、机构重量和服役寿命等方面的指标要求不断提高，这就对飞机零部件制造所选用的材料提出越来越高的要求。因此，新一代飞机零部件制备所用材料需要保证飞机在复杂、严苛环境中的服役性能，同时还要保证飞机达到高技术品质。为实现高速飞行，必须解决零部件在高速飞行状态下的耐热问题，钛合金是目前飞机上应用较多的高温结构材料之一，可在400
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500℃的高温环境中应用但是随着新一代飞机各性能指标的提高，常用的TC4和TA15等钛合金已经无法满足日益提高的飞机性能要求。因此，满足600
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650℃工作环境应用要求的新型高温合金成为未来飞机设计和制造的首选材料。我国自行研制的TA32新型高温钛合金受到国内航空零部件制造领域的关注，逐渐成为设计部门和飞机制造单位的研究焦点。”可见，随着我国对钛合金的研究，钛合金材料种类逐渐增多，其性能也在逐渐增强；因此在航空制造等关键领域，TA32钛合金优异的高温力学性能表现也势必替代常用的钛合金材料。
[0004]但正如上述引用文件中提到的“国内对于TA32钛合金的研究多集中在超塑性能、微观组织变化和本构模型建立等基础研究，鲜有针对该材料的工程化成形制造工艺研究”；上述引用文件正是基于此以“通过高温力学性能试验分析成形温度和应变速率对TA32钛合金超塑性的影响，得到TA32钛合金超塑成型工艺参数”。
[0005]目前钛合金的常见成型技术有超塑成形技术、热蠕变成形技术等。其中钛合金超塑成形是将钛合金加热至超塑温度，使钛合金产生超塑性变形，逐渐向模具型面靠近，直至同模具完全贴合，做出与模具型面相同的零件；超塑成形技术SPF和超塑成形/扩散连接技术SPF/DB具有低成本、高效益的特点，如上述的引用文件就是对超塑成形和扩散连接工艺的研究。热蠕变成形技术是利用金属材料在高温下的蠕变特性，此时板材会不断缓慢变形，最终满足制造要求的一种加工方式；加热后，当钛合金温度达到500℃以上时，其材料塑性明显提高，抗变形能力下降，其次通过加热可以消除材料的内应力，减少回弹，提高成形精度；但是，采用热蠕变成形技术仍然存在回弹问题。
[0006]为了减少回弹，钛合金钣金件一般采用超塑成形，但是超塑成形温度较高(高达950℃)、成形速率很慢，生产效率低下，且长时间在高温环境下晶粒尺寸会增大，对材料的
成形性能造成了一定的危害。而热蠕变成形加热温度相对较低，且成形速度快，但是目前并未有针对TA32钛合金材料的热蠕变成形工艺的相关研究，且采用TC4、TA15等常用钛合金热蠕变成形的工艺参数加工TA32钛合金无法达到所需的成形精度。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种钛合金的热蠕变成形工艺方法，针对TA32钛合金的热蠕变成形工艺提出优化方案，以提高成形精度。
[0008]钛合金的热蠕变成形工艺方法包括以下步骤：
[0009](1)采用清洗溶剂清洁TA32钛合金毛坯料和模具表面，直至表面无灰尘、腐蚀、油脂、杂质等污物；
[0010](2)将模具安装到热成形机上；
[0011](3)在TA32钛合金毛坯料和模具的表面刷涂耐高温润滑剂；
[0012](4)启动热成形机对模具进行加热，并将模具加热至780
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820℃的温度范围内；
[0013](5)将TA32钛合金毛坯料放入热成形机内，预热5
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12min；
[0014](6)模具的上模和下模合模对预热后的TA32钛合金毛坯料施压，并在压力条件下保温10
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15min后取出零件。
[0015]本方案的有益效果在于：
[0016]针对常用的钛合金材料进行蠕变成形加工时，成形温度通常控制在630
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650℃的温度范围内，而针对TA32钛合金进行蠕变成形加工时，将成型温度控制在630
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650℃的范围内，TA32钛合金毛坯料回弹率大，所加工出的成品精度较低。为了减小回弹率，提高成品精度，该情况下通常会采用超塑成形技术，正如“塑形工程学报”第29卷第3期的《TA32钛合金双层结构零件超塑成形/扩散连接工艺》得出的结论“超塑成形温度选定为940℃”，但超塑成形存在成形温度高、效率低等缺点。而本方案，针对TA32钛合金确定了蠕变成形条件下的成形温度，提高了TA32钛合金零件的成形效率及成形精度；其相比于超塑成形技术，本方案的成型温度更低、成型时间更短，可避免高温环境下晶粒尺寸增大，导致TA32钛合金的机械性能降低。
[0017]优选方案一：作为对基础方案的进一步优化，步骤(1)中所述清洗溶剂为丙酮或酒精。
[0018]优选方案二：作为对优选方案一的进一步优化，步骤(3)所述耐高温润滑剂为氮化硼；在钛合金的蠕变成形加工工艺中，常用的润滑剂为石墨，但是石墨并不适用于高温成型环境，因此在本优选方案中，润滑剂采用氮化硼。
[0019]优选方案三：作为对优选方案二的进一步优化，步骤(1)对TA32钛合金毛坯料和模具表面进行清洁时，将清洁溶剂缓慢倒在擦布上湿润擦布，采用擦布擦拭毛坯料和模具表面。采用清洁溶剂湿润擦布并用擦拭的方式清洁毛坯料和模具表面，可以避免浪费和污染清洁溶剂。
[0020]优选方案四：作为对优选方案三的进一步优化，步骤(1)中，采用清洁溶剂清洁TA32钛合金毛坯料和模具表面后，采用干燥的擦布将已被润湿的零件表面擦干；用于擦干零件表面的擦布可以回用，再次用于对毛坯料进行清洁处理，从而减少清洁溶剂直接挥发，提高清洁溶剂的利用率。
[0021]优选方案五：作为对优选方案四的进一步优化，所述模具的上模和下模上均设有测温孔，步骤(2)中，模具安装在热成形机后，在测温孔内插入测温电偶。
[0022]优选方案六：作为对优选方案五的进一步优化，所述测温孔的直径为5
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7mm，测温孔深度为25
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35mm，测温孔中心距型面的距离为12
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17mm；以更精确的获得模具内部温度。
[0023]优选方案七：作为对优选方案六的进一步优化，步骤(5)中对TA32钛合金毛坯料预热的过程中，TA32钛合金毛坯料置于上模和下模之间且上模压住毛坯料。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛合金的热蠕变成形工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)采用清洗溶剂清洁TA32钛合金毛坯料和模具表面，直至表面无灰尘、腐蚀、油脂、杂质等污物；(2)将模具安装到热成形机上；(3)在TA32钛合金毛坯料和模具的表面刷涂耐高温润滑剂；(4)启动热成形机对模具进行加热，并将模具加热至780
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820℃的温度范围内；(5)将TA32钛合金毛坯料放入热成形机内，预热5
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12min；(6)模具的上模和下模合模对预热后的TA32钛合金毛坯料施压，并在压力条件下保温10
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15min后取出零件。2.根据权利要求1所述的钛合金的热蠕变成形工艺方法，其特征在于：步骤(1)中所述清洗溶剂为丙酮或酒精。3.根据权利要求2所述的钛合金的热蠕变成形工艺方法，其特征在于：步骤(3)所述耐高温润滑剂为氮化硼。4.根据权利要求3所述的钛合金的热蠕变成形工艺方法，其特征在于：步骤(1)对TA32钛合金毛坯料和模具表面进行清洁时，将清洁溶剂缓慢倒在擦布上湿润擦布，采用擦布擦拭毛坯料和模具表面。5.根据权利要求4所述的钛合金的热蠕变成形...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁由兵，凃鹏，姜盛富，赵子豪，
申请(专利权)人：贵阳长之琳发动机零部件制造有限公司，
类型：发明
国别省市：