基于搅拌摩擦焊的TC4钛合金超塑成形性能研究

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1、成形组织结构与性能测试FORMINGMICROSTRUCTUREANDPERFORMANCETEST基于搅拌摩擦焊的TC4钛合金超塑成形性能研究SuperplasticFormingPropertyofTC4AlloyBasedonFSWProcess中航工业北京航空制造工程研究所塑性成形技术航空科技重点实验室付明杰　李晓华　韩秀全数字化塑性成形技术与装备北京市重点实验室空军驻华北地区军事代表室高志勇　　　　　　　　　北京航空制造工程研究所中国搅拌摩擦焊中心李继忠　　　　　　　　　[摘要]搅拌摩擦焊转速对锥形件的超塑成形性搅拌摩擦焊接组合工艺，将4块钛合金板

2、材拼接，通过能影响不明显，但焊接接头经SPF后的微观组织长大显超塑成形研制出直径达4m的大型喷气发动机吊舱唇口著，这可能与搅拌头对原始板材的破碎而导致的晶粒畸试验件。本文针对采用2mm厚TC4钛合金板材进行搅变能和亚晶有关。拌摩擦焊接后的平面应力超塑性能和力学性能进行研关键词：FSWSPF微观组织拉伸性能究，为钛合金的搅拌摩擦焊/超塑成形组合工艺提供数[ABSTRACT]Theresultsindicatethattherotation据支持。speedoffrictionstirtoolhaslittleeffectsontheconesu-perplas

3、ticformingproperties.However,themicrostructure1试验材料与方法grainsofweldsgrownsignificantlyafterSPFprocess,this1.1试验材料maybeduetothehigherdistortionenergyingrainsand试验所用M态2mm厚TC4钛板平均抗拉强度和existedsub-grains.延伸率分别为1084MPa和13.1%。轧制方向的微观组Keywords:FSWSPFMicrostructureTensile织如图1所示，由少量长条α、等轴α晶粒和

4、少量的propertiesβ晶组成。DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.17.0791.2试验方法搅拌摩擦焊的焊接参数如表1所示。焊接后的X超塑成形技术是一种近净成形、制造薄壁空心整体射线检测结果如图2所示，无缺陷产生。结构件最为有效的方法之一，为航空、航天零部件的减采用锥形件超塑成形方法用来评价超塑成形性重、降低成本做出了卓越贡献，如航空发动机空心风扇能、不同变形量的壁厚减薄和微观组织变化，取样位置叶片、腹鳍、导弹舵翼面等。然而，由于钛合金板材板幅示意图如图3所示。以盒形件进行超塑成形评价成形尺寸的限制，国内外正在开展采用搅

5、拌摩擦焊与超塑成后的力学性能，成形后沿垂直焊缝方向切取图4所示形复合加工技术，从而突破板幅限制制造尺寸更大的整拉伸试样。在OLYMPUSBX41M金相显微镜（OM）和体构件[1-3]。在波音公司与华盛顿大学合作的项目中，Quanta250FEG场发射环境扫描电子显微镜（SEM）下对Ti6Al4V合金板材搅拌摩擦焊接后的超塑成形进行进行显微组织观察分析。[4-9]了研究，对比母材后发现焊核区的晶粒尺寸减小明显，但出现了一些缺陷，缺陷尺寸约为20~25μm，通过EDS分析，不是从搅拌头上脱落下来的，很可能是微观组织缺陷。拉伸性能上，对比原始板材的屈服强度和抗拉强

6、度，FSW后的强度有高有低，而SPF后的会比FSW的低，延伸率FSW的比母材的低，SPF的比FSW的低。细晶板材FSW后的强度比普通晶粒的要低，而延伸率20μm相近，只有母材的一半左右，延伸率的降低可归结为FSW引起的组织破坏。波音公司的Sanders和华盛顿图1原始板材微观组织[5]州立大学的Ramulu等对TC4钛合金采用超塑成形/Fig.1Microstructureofas-receivedsheet79航空制造技术·2015年第17期成形组织结构与性能测试FORMINGMICROSTRUCTUREANDPERFORMANCETEST0.1A-B表1

7、搅拌摩擦焊焊接参数0.05-1-14-R12.5旋转速度/（r·min）进给速度/（mm·min）轴肩/mm112030151.62150301515AB1038#/120r/min/30mm/min/15mm457.57.52020100（a）120r/min图4拉伸性能试样尺寸图Fig.4Tensilespecimendrawing37#/150r/min/30mm/min/15mm（b）150r/min图2不同工艺参数下搅拌摩擦焊缝X射线检测结果Fig.2X-raytestresultofFSWunderdifferentprocessparamete

8、rs2结果与分析（a）120r/min（b）150r