CN109201765B - 钛合金蒙皮的真空热蠕变式成形方法及钛合金蒙皮 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钛合金蒙皮的真空热蠕变式成形方法，包括以下步骤，1）将待成形的钛合金蒙皮夹持定位在匹配的上模具和下模具间；2）将蒙皮连同模具进行真空环境下加热，成形温度在700℃‑900℃，保温预定时间后随炉冷却后出炉；3）拆除模具，所述的钛合金蒙皮成形完成。由于采用整体真空加热，靠模具自身重力来实现钛合金蒙皮的蠕变成形，出炉温度低，随炉冷却至150℃以下出炉，成形后的蒙皮回弹量小，残余应力小，尺寸精度高。

Description

钛合金蒙皮的真空热蠕变式成形方法及钛合金蒙皮
技术领域
本发明涉及航空制造技术领域，特别是涉及一种钛合金蒙皮的真空热蠕变式成形方法及钛合金蒙皮。
背景技术
钛合金蜂窝壁板结构具有质轻，比强度、比刚度高，隔热、消音降噪等优良特性，在航空航天领域有着广泛的应用，如AN-70飞机防火隔墙、F-15发动机罩、F-22发动机舱门等。对于钛合金蜂窝壁板结构一般采用钎焊方法进行连接，要保证其整体结构的焊合率，必须保证蒙皮与蜂窝芯体、蒙皮与蒙皮之间的贴合间隙小于0.1mm，且整个焊接面不得有氧化、凹坑等宏观缺陷。
由于钛合金蜂窝壁板结构蒙皮较薄，一般1.0mm以下，采用传统热成形出炉温度高，蒙皮存在反弹、型面精度较低，也存在着高温氧化、吸氢等问题，导致母材性能下降，不能满足钛合金蜂窝壁板钎焊要求。因此，需开发一种适合的钛合金蒙皮成形方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种钛合金蒙皮的真空热蠕变式成形方法及钛合金蒙皮。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
一种钛合金蒙皮的真空热蠕变式成形方法，包括以下步骤，
1）将待成形的钛合金蒙皮夹持定位在匹配的上模具和下模具间；
2）将蒙皮连同模具进行真空环境下加热，成形温度在700℃-900℃，保温预定时间后随炉冷却后出炉；
3）拆除模具，所述的钛合金蒙皮成形完成。
所述的步骤2）中真空度4×10-3~1×10-2Pa。
所述的步骤2）保温1-5h。
所述的步骤1）中还包括在上模具和下模具的表面设置阻焊剂的步骤。
所述的阻焊剂颗粒度不大于19μm。
所述的钛合金蒙皮上形成有拉伸孔，在所述的上模具或下模具上形成有对应的销柱。
钛合金蒙皮为TC4、TC1、TA18或TA15型钛合金。
在所述的步骤1）前还包括利用砂纸或钢丝刷打磨成形模具的上模具、下模具及蒙皮表面，去除表面凸点和尖点的步骤。
所述的上模具对蒙皮的压强不小于0.01MPa。
所述的钛合金蒙皮的厚度在0.5-2.0mm。
一种由所述的钛合金蒙皮的真空热蠕变式成形方法制备的钛合金蒙皮。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.在真空条件下，采用阴阳模对钛合金蒙皮进行蠕变成形，成形后的钛合金蒙皮表面质量好，无氧化现象，不需进行后续的表面处理。
2.由于采用整体真空加热，靠模具自身重力来实现钛合金蒙皮的蠕变成形，出炉温度低，随炉冷却至150℃以下出炉，成形后的蒙皮回弹量小，残余应力小，尺寸精度高。
3.由于在真空状态下成形，可有效避免板材氧化、吸氢现象而引起强度、塑性下降问题，能够很好的满足后续钛合金蜂窝壁板结构钎焊要求。
附图说明
图1所示为本发明的钛合金蒙皮与模具的结构示意图。
图2 成形前TC4原始蒙皮组织图；
图3 成形后TC4成形蒙皮组织图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的一种钛合金蒙皮的真空热蠕变式成形方法，包括以下步骤，
1）将待成形的钛合金蒙皮，如TC4、TC1、TA18或TA15等型钛合金，其厚度在0.5-2.0mm，夹持定位在匹配的上模具和下模具间；如图1所示，同时，在上模具和下模具的表面设置阻焊剂，所述的阻焊剂颗粒度不大于19μm，如13μm。阻焊剂主要是防止成形过程中蒙皮与模具粘连，阻焊剂一般为粉末状或膏状，无挥发性气体，不会对蒙皮性能产生影响。
上模具重力是全部施加在钛合金蒙皮上，钛合金蒙皮成形前，钛合金蒙皮具有较好的抗变形能力，高温下，钛合金蒙皮较低，具有非常好的变形能力，随着模具型面进行渐变式蠕变成形，钛合金蒙皮成形压力不低于0.01MPa。而且，模具是完全根据蒙皮形状来设计，
2）将蒙皮连同模具进行真空加热，成形温度在700℃-900℃，保温预定时间，如1-5h后随炉冷却后出炉；一般，真空度4×10-3~1×10-2Pa，以避免蒙皮在成形过程中发生氧化现象，在真空高温环境下靠模具自身重力来实现钛合金蒙皮的蠕变成形。出炉温度在150℃以下；
3）拆除模具，所述的钛合金蒙皮成形完成。
本发明针对传统钛合金蒙皮热成形出炉温度高，蒙皮存在反弹、型面精度较低，以及高温氧化、吸氢导致母材性能下降等不能满足钛合金蜂窝壁板钎焊要求的问题，提出了采用真空蠕变成形方法成形钛合金蒙皮，相比于非真空环境下成形方法，成形后的钛合金蒙皮表面质量好，型面尺寸精度高，对钛合金蒙皮性能影响小，不需进行后续的表面处理，可有效避免板材氧化、吸氢现象而引起强度、塑性下降问题，能够很好的满足后续钛合金蜂窝壁板结构钎焊要求。
进一步地，真空蠕变成形模具由上模具1和下模具2组成，上下模具均设置定位基准孔，保证蒙皮定位，所述的钛合金蒙皮上形成有定位孔和拉伸孔，在所述的上模具或下模具上形成有对应的销柱。蒙皮四周设置拉伸孔，避免蒙皮在成形过程中四周起皱；
下面将通过具体实施例进行进一步说明：
1. 蒙皮材料TC4钛合金，厚度为0.8mm，尺寸为2800mm×1300mm；
2. 根据设计的蒙皮拉伸孔及定位孔位置制定位孔；
3. 采用砂纸或钢丝刷打磨蒙皮3表面，清除表面凸点，并用酒精或丙酮清洗蒙皮表面，去除表面油污等杂质；
4. 采用砂纸或钢丝刷打磨成形工装上模具1、下模具2表面，清除表面凸点，并用酒精或丙酮清洗工装表面，去除表面油污等杂质；
5.在上模具1、下模具2表面均匀涂抹阻焊剂，阻焊剂颗粒颗粒度为13μm；
6. 根据蒙皮和工装定位孔装配定位蒙皮，安装上模具1、定位销及螺钉；
7. 将装配后的蒙皮3连同模具进入真空加热炉，插入热电偶，进行真空热蠕变成形，成形过程中真空度4×10-3~1×10-2Pa，成形温度为800℃，保温时间4h，随炉冷却至150℃以下出炉。
8. 出炉后拆除上下模具，清理蒙皮表面；
9. 目视检查蒙皮外观质量，成形后的钛合金蒙皮表面光顺、无褶皱、氧化等现象；
10.采用检验卡板检测蒙皮型面尺寸，经检测成形后的蒙皮尺寸精度为-0.18mm~+0.12mm，能够很好的满足后续钎焊装配要求；
11.在蒙皮上取样进行金相分析，如图2和图3所示，从图上可以发现，与原始母材相比，晶粒未发生长大现象；
12.在蒙皮上取样进行力学性能测试，测试结果如表1所示，从测试结果可以发现，蒙皮强度和塑性较原始母材基本没有变化，延伸率维持在17%以上，能够很好满足后续钎焊对板材的性能要求。
表1
综上，本发明的有益效果为：
1.在真空条件下，采用阴阳模对钛合金蒙皮进行蠕变成形，成形后的钛合金蒙皮表面质量好，无氧化现象，不需进行后续的表面处理。
2.由于采用整体真空加热，靠模具自身重力来实现钛合金蒙皮的蠕变成形，出炉温度低，随炉冷却至150℃以下出炉，成形后的蒙皮回弹量小，残余应力小，尺寸精度高。
3.由于在真空状态下成形，可有效避免板材氧化、吸氢现象而引起强度、塑性下降问题，能够很好的满足后续钛合金蜂窝壁板结构钎焊要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种钛合金蒙皮的真空热蠕变式成形方法，其特征在于，包括以下步骤，
1)将待成形的钛合金蒙皮夹持定位在匹配的上模具和下模具间；
2)将蒙皮连同模具进行真空环境下加热，上模具重力是全部施加在钛合金蒙皮上，靠模具自身重力来实现钛合金蒙皮的渐变式蠕变成形，成形温度在700℃-900℃，保温预定时间后随炉冷却后出炉；
3)拆除模具，所述的钛合金蒙皮成形完成，其中，所述的步骤2)中真空度4×10-3～1×10-2Pa，所述的步骤2)保温1-5h。
2.如权利要求1所述的钛合金蒙皮的真空热蠕变式成形方法，其特征在于，所述的步骤1)中还包括在上模具和下模具的表面设置阻焊剂的步骤。
3.如权利要求2所述的钛合金蒙皮的真空热蠕变式成形方法，其特征在于，所述的阻焊剂颗粒度不大于19μm。
4.如权利要求2所述的钛合金蒙皮的真空热蠕变式成形方法，其特征在于，所述的钛合金蒙皮上形成有拉伸孔，在所述的上模具或下模具上形成有对应的销柱。
5.如权利要求1所述的钛合金蒙皮的真空热蠕变式成形方法，其特征在于，钛合金蒙皮为TC4、TC1、TA18或TA15型钛合金，所述的钛合金蒙皮的厚度在0.5-2.0mm。
6.如权利要求1所述的钛合金蒙皮的真空热蠕变式成形方法，其特征在于，在所述的步骤1)前还包括利用砂纸或钢丝刷打磨成形模具的上模具、下模具及蒙皮表面，去除表面凸点和尖点的步骤。
7.如权利要求1所述的钛合金蒙皮的真空热蠕变式成形方法，其特征在于，所述的上模具对蒙皮的压强不小于0.01MPa。
8.一种由权利要求1-7任一项所述的钛合金蒙皮的真空热蠕变式成形方法制备的钛合金蒙皮。
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