钛合金波纹管快速热成形技术

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1、硕士学位论文钛合金波纹管快速热成形技术RAPIDHOTFORMINGTECHNOLOGYOFTITANIUMALLOYBELLOWS赵淘哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TG146.2学校代码：10213国际图书分类号：621.7密级：公开工学硕士学位论文钛合金波纹管快速热成形技术.硕士研究生：赵淘导师：王长文教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG146.2U.D.C:621.7DissertationfortheDegreeofM.Eng.RAPID

2、HOTFORMINGTECHNOLOGYOFTITANIUMALLOYBELLOWSCandidate：ZhaoTaoSupervisor：Prof.WangChangwenAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsSci.&Eng.DateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨

3、工业大学硕士学位论文摘要金属波纹管是工业领域重要的结构件，它可以通过自身的伸缩来补偿管道或管形件因热变形和机械变形带来的位移变化，同时还有减振去噪等功能。钛合金以其密度小、强度高、抗腐蚀能力强、高温稳定性好等优势，逐渐被用于制造高性能的金属波纹管。但是钛合金难变形的特征，使其制造成为了难题。超塑成形虽可实现钛合金波纹管的成形，但是成本高、生产效率低的弊端严重限制了该工艺的工业应用。本文中采用电流辅助热成形工艺实现了钛合金波纹管的快速热成形，并对电流辅助热成形工艺进行了深入研究，拓展了其实际应用。首先，进行了TC4钛合金的电流辅助弯曲成形试验，探究钛合金在电流作用下的弯曲变形规律

4、。基于云母板和聚四氟乙烯塑料两种绝缘材料设计的成形模具，可实现板材在通电加热条件下的弯曲成形。试验结果表明：电流强度（温度）愈低，弯曲圆角半径愈小，弯曲件出现裂纹的倾向愈大；当无裂纹出现时，弯曲件在低电流强度（温度）下出现了回弹现象，且电流强度越低，回弹量越大，在高电流强度（温度）下由于板材温度分布不均匀出现了弯曲件向内侧收缩的现象。然后，基于MSC.MARC软件进行了钛合金波纹管成形的数值模拟，分析了不同工艺参数对成形结果的影响。模拟结果表明：补料高度愈大，波纹管的壁厚减薄量愈小；合模速度过快很容易导致坯料出现失稳起皱的缺陷，且缺陷通常出现在最下端的波纹处。同时，利用数值模拟

5、初步确定了波纹管成形的试验参数。最后，针对Ti31和TC4两种钛合金进行了波纹管的电流辅助成形试验。基于陶瓷模具的成形装置，可实现坯料在通电加热条件下的气压胀形。试验结果表明：运用自动TIG焊制造的筒坯质量明显优于人工氩弧焊制造的筒坯；电流辅助热成形工艺制造钛合金波纹管的效率很高，整个成形过程可控制在6min内；经酸洗处理后的波纹管表面质量良好，无明显的凹坑、划伤等表面缺陷；合理的轴向补料使得钛合金波纹管的壁厚分布变得更加均匀，其中Ti31合金波纹管的最大减薄率为18%，TC4合金波纹管的最大减薄率为16%。关键词：钛合金；波纹管；电流辅助；弯曲成形；热成形-I-哈尔滨工业大学

6、硕士学位论文AbstractMetalbellowsisanimportantindustrialpart，whichcancompensatedisplacementofpipesortubularpartscausedbythermalandmechanicaldeformationthroughitstelescopicability,andcanreducevibrationandnoise.Withlowdensity,highstrength,strongcorrosionresistanceandgoodhigh-temperaturestability,tita

7、niumalloyhasbeengraduallyusedintheproductionofhigh-performancemetalbellows.However,whatmakesamanufacturingproblemistitaniumalloy’scharacteristicofharddeformation.Althoughsuperplasticformingcanrealizetheformingoftitaniumalloybellows,thedisadvantages