TC4钛合金筒形件热校形工艺研究.pdf

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1、722012年6月中国制造业信息化第41卷第11期TC4钛合金筒形件热校形工艺研究姚少非，谢兰生，郭刚(1．南京航空航天大学机电学院江苏南京210016)(2．深圳职业技术学院机电学院，广东深圳518055)摘要：应用弯曲理论和应力松弛理论推导了TCA筒形件的校形精度公式，通过对TCA钛板进行应力松弛实验，分析了温度、时间和初变形量对残余应力的影响，得出了零件校形的较优工艺参数为加热650℃，保温30rain；进行了零件校形实验，分析了校形后的残余应力和显微组织。结果表明，采用该工艺参数校形后工件尺寸精度满足工程要求

2、，残余应力0～10MPa。关键词：钛合金；筒形零件；热校形；工艺；残余应力中图分类号：TG146．23文献标识码：A文章编号：1672—1616(2012)11—0072—04钛与钛合金由于具有比强度高、耐腐蚀、高低(2)代入式(1)，可得到松弛回弹量函数：温性能优良等特点，在航空、航天、医疗等行业应用㈩=越来越广泛，但钛板屈服强度与弹性模量的比值很大，室温成形的零件回弹严重，成形精度差，所以往如果已知校形精度AR，由式(1)可推导出允往采用热校形的方法来提高零件精度⋯1。TCA钛许残余应力最大值P为：合金筒形件，内

3、径200±0．20ram，高度570mm，AREt2)，．～。P一6p0(AR+P0)叶厚度1．5ram，由钛板滚弯后焊接而成，该零件由于回弹严重，不能满足图纸要求，故采用热校形的方本次校形所要达到精度AR=0．2mm，根据式法来提高产品尺寸精度，本文需要确定的是热校形(4)可算出在600~C、650oC、7000C校形时允许的残工艺参数。余应力最大值，见表1。由表可知，P要求很低，但此次计算是不完整圆弧弯曲回弹，而筒形件是一个整体的圆，其回弹时各个部分间会相互制约，所1筒形件校形理论计算以在同样回弹量的情况下其允许

4、残余应力值会更由于板厚与弯曲半径比值很小(￡／R=大。下节将对TCA钛板进行应力松弛实验，观察31．5／100=0．015)，所以将筒形件弯曲简化为只受个温度下松弛的残余应力是否在表1E3_J中允许切向应力的单向应力状态_2]，可以假定弯曲中性残余应力范围内，从而选出合适的校形温度，并用层位于板料中间，材料采取指数方程本构，根据弯式(3)计算校形保温时间。曲理论可推导出回弹半径变化量公式为：表1校形允许残余应力最大值AR：P=(1)式中：AR为回弹半径；lD0，P1为回弹前后半径；w为板料弯曲外层切向应力；E为弹性模

5、量；为材料硬化指数。假定高温T下的应力松弛函数采用自然对数形式：2TC4应力松弛性能测试=a0一aln(1+bt)(2)2．1实验方法式中：为松弛时间t后的残余应力；0为初应力；实验是在深圳瑞格尔公司的微机控制电子万a和b为松弛常数。以w作为松弛初应力，将式能试验机(型号：RG2000—20)和自行研制的PID收稿日期：2011—12—06作者简介：姚少非(1987一)，男，河北赵县人，南京航空航天大学硕士研究生，主要研究方向为材料加工工程。=I星研究·姚少非谢兰生郭刚TCA钛合金筒形件热校形工艺研究73智能控制加热

6、炉上进行的。松弛温度为60012、650℃和70012，松弛初始状态采用2种控制方式：一种是力控制，分别为1500N、2500N；一种是位移控制，拉伸4mm。在达到初始状态之后，试件应变保持不变，松弛1h。2．2应力松弛实验结果及分析图1，2，3分别为在600*(2、650℃和700℃下不同初始状况的应力松弛曲线。在初应力较大时可以明显看到松弛分2个阶段：第一阶段应力下降迅速，第二阶段下降缓慢。从3幅图的对比可以看出，随着温度的增加，初始变形对松弛残余应力的影响越来越小。图3700℃应力松弛曲线图1600℃应力松弛曲

7、线图41500N初载荷应力松弛曲线图2650*(2应力松弛曲线图515．7％初应变应力松弛曲线图4，5是在相同外载荷或应变下不同温度的性作用，而保温时间的延长，虽然可以减小残余应松弛曲线。由图可见，随着温度的增加初始阶段的力，但效果不如提高温度明显，且保温时间过长，不松弛速率不断增加，残余应力不断降低，而第二阶仅效率低下，还可能使材料内部组织粗大，影响材段松弛速率差别很小，可见温度对第一阶段的松弛料性能。由图1，2，3可见，在600℃松弛时，残余速率影响较大，而对第二阶段的松弛速率影响很应力比理论计算数值大很多；65

8、0*(2松弛时，残余应小。力与实验数值稍微偏大。700*(2松弛时，完全能够通过分析可知，温度对降低残余应力起着决定达到要求。由“1筒形件校形理论计算”中分析可742012年6月中国制造业信息化第41卷第11期知，筒形件的允许最大残余应力比计算值偏大，并式中：R为被胀筒形件的要求内径尺寸；T为加且校形温度越高，其成本越高，内部组织变化越大，热温