TC4钛合金薄壁舱体真空时效成形技术研究

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1、航天先进制造技术国际研讨会专栏2013年6月第3期TC4钛合金薄壁舱体真空时效成形技术研究11112袁勇崔元杰李中权张小龙朱平国（1.上海航天精密机械研究所，上海201600；2.上海航天电源技术责任有限公司，上海201615）摘要：通过建立TC4钛合金薄壁舱体真空时效成形有限元模型，分析了温度、时间和初变形量对舱体蒙皮卷残余应力的影响，得出了零件真空时效成形合理工艺参数。进行了舱体蒙皮卷真空时效成形工艺试验研究。试验结果表明：在温度650℃、保温时间30min时，时效成形的零件尺寸精度满足工程要求。关键词：TC4钛合金；薄壁舱体；真空时效成形StudyonVacuum-agingForm

2、ingTechnologyofTC4AlloyCabin11112YuanYongCuiYuanjieLiZhongquanZhangXiaolongZhuPingguo(1.ShanghaiSpaceflightPrecisionMechanismInstitute,Shanghai201600；2.ShanghaiAerospacePowerTechnologyCo.,Ltd.,Shanghai201615)Abstract：BysetingupthefiniteelementmodelofTC4alloycabinvacuum-agingforming,theeffectsoftem

3、perature,timeandinitialdeformationontheresidualstressanddimensionprecisionofthecabinwereanalyzed.Thereasonableprocessingparametersforthevacuum-agingformingwereobtained.Vacuum-agingformingofthecabinwascarriedout.Thereslutsshowthatthedimensionalaccuracyofcabinwasingoodconformitywithprojectrequiremen

4、twhentemperatureis650℃andholdingtimeis30min.Keywords：TC4alloy；cabin；vacuum-agingforming1引言蒙皮卷回弹严重、圆度误差大，尺寸难以满足后道加工与装配精度要求。为解决此型号舱体蒙皮卷圆度精钛合金作为航空航天重要的结构材料，相对于其度差、回弹严重等问题，开展1.5mm厚钛合金薄壁舱他轻质材料在比强度、耐腐蚀性、高低温性能等方面体蒙皮卷真空时效成形技术研究，使用有限元数值模具有明显优势。但室温成形时，由于弹性模量仅为钢拟的方法分析温度、时间和初变形量对零件残余应力材的一半左右，零件回弹严重，成形精度差。与尺寸精

5、度的影响，结合真空时效成形试验，确定[1，2]真空时效成形是利用工件和模具之间不同的热TC4薄壁舱体时效成形最佳工艺参数。线膨胀系数，在高温状态下，根据高温软化和应力松弛原理，实现零件热成形的一种工艺技术。该技术在2TC4钛合金应力松弛性能测试成形过程中不需要过多的工装夹具，能将弹性变形转化为永久性塑性变形，国外已将该技术应用于制造飞2.1试验方案与设备机的铝、钛合金的整体壁板。某型号钛合金薄壁舱体选用550℃、600℃、650℃和700℃四种温度对为钣焊结构，舱体蒙皮卷内径Φ(200±0.2)mm，壁厚TC4钛合金进行应力松弛试验。试样为厚度1.5mm的1.5mm，由钛合金板材圈圆成形后

6、焊接而成。该舱体退火态TC4板材，其化学成分如表1所示。作者简介：袁勇（1979-），高级工程师，金属材料工程专业；研究方向：轻合金热加工技术与工艺性能研究。收稿日期：2013-05-1612航天先进制造技术国际研讨会专栏航天制造技术表1TC4钛合金化学成分质量分数%2.2试验结果与分析TiAlVFeCNHO图1为不同温度的应力松弛曲线。对比四幅图可基5.5～6.83.5～4.50.30.10.050.0150.2看出，初始变形速度随着温度的增加对松弛残余应力的影响越来越小。测试设备为配有高温电炉的电子万能试验机。a550℃b600℃c650℃d700℃图1不同温度下的应力松弛曲线图2、图

7、3是钛合金在不同温度下的应力松弛曲线。可以看出，初期残余应力直线下降，随着温度升高，应力松弛速率逐渐降低直到基本不变，可见温度对应力松弛速率影响随着阶段的不同而发生变化。通过分析可知，温度对降低TC4板材残余应力起着决定性影响，由图1可以看出，600℃时，残余应力理论计算数值比实测值有较大偏离；650℃时，理论计算数值比实测值偏离较小；700℃时，基本一致。图21500N载荷松弛曲线因筒形件成形后允许部分残余应力存在，且