CN114102160A - 一种钽合金双曲面空间结构件的高性能高效率制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种钽合金双曲面空间结构件的制备方法，其特征在于：采用多道次径向分流成形与冷挤压成形相结合；所述多道次径向分流成形包括等温等压步骤及成形步骤，所述等温等压步骤是将模具和钽合金坯料加热至650℃±15℃，且真空度达到5×10‑2Pa，多道次径向分流成形的挤压道次为2～5次使坯料沿曲面呈放射状流线组织。本发明首次提出真空等温径向分流成形方法，使钽合金双曲面空间结构件通过塑性变形获得要求的组织性能；并结合冷挤压、少余量精密切削加工技术，实现钽合金双曲面空间结构件曲面不加工、表面质量满足设计要求，显著提升钽合金构件综合使用性能，并降低制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及金属塑性成形技术领域，尤其涉及钽合金双曲面空间结构件的高性能高效率制备方法。
背景技术
钽具有高密度(16.67g/cm3)、高耐腐蚀性能，钽合金反应釜/电容器在化工、电子等领域应用广泛；钽高熔点、高动态延展性是杆式射流(JPC)、爆炸成形弹丸(EFP)聚能壳体的理想用材，仅侵彻性能就比铜高30％以上，能够显著提高在大炸高下的侵彻能力和抗干扰能力。国外80年代初就发展了钽、钽钨合金等高性能聚能壳体，如美国SADARM、德国SMART、瑞典BONUS、法国ACED155等装备，90年代就列装部队。相关文献资料表明，国内外钽、钽钨合金聚能壳体的制造技术主要有：棒材车削加工、板材冲压成形、旋压成形、摆碾成形，如德克萨斯大学的Romero等人对Ta、Mo材料锥形壳体件塑性成形研究认为，采用强烈旋压成形技术可以获得具有微米级的锥形壳体，在爆轰作用下能形成聚能杆式侵彻体，但性能不稳定，原因是组织不均匀、尺寸一致性差(参见Romero L A.The instability ofrapidly stretching plastic jet[J],J.Appl.Phys.,1999,65,3006-3016)。
现有技术存在的具体不足和缺点：一是钽棒材车削加工难度大，钽屑易粘刀，形成屑瘤、啃挤等缺陷，导致表面粗糙，材料利用率不到30％、加工周期长(单件加工时长20小时以上)。二是板材冲压成形织构各向异性、内部组织混晶严重，仅能保证零件的形状结构，不能改善内部组织与性能；且单边切削加工余量达到1.5mm，材料利用率不到50％。三是摆碾成形对组织性能不均有一定的改善作用，但单边厚度余量仍有1mm，后续切削加工工作量大(每次进刀量0.03～0.1mm)，且尺寸精度、表面粗糙度等难以满足产品设计要求。
尤其对于钽合金双曲面结构件的加工，作为一种二次曲面，包括单叶双曲面和双叶双曲面，其加工难度大，尺寸一致性差、组织分布不均、性能跳差大是制约其工程应用的关键，另外，钽合金空间曲面结构件的制造成本居高不小、加工工序与周期长也是工程化应用的限制性环节。
双曲面构件的内曲面加工难度尤为大，一是由于数控车床或加工中心刀具运动轨迹为无限小直线拟合成曲线，刀具与曲面之间是无限贴合，因此刀具受到力、热等耦合作用，刀具磨损严重，曲面尺寸精度、表面质量难以保证；二是加工内曲面的工装、刀具等必须为专用，工装与工件之间配合度、工装尺寸精度与刚性等要求非常高，普通刀具容易磨损、崩刃，表面形成啃挤、屑瘤等缺陷，很难满足产品设计要求。
发明内容
本发明的目的在于专门针对钽合金的双曲面空间结构件，其尺寸一致性差、内部组织分布不均、制造成本居高不下等难题，提供一种高性能高效率的制备方法。
本发明的目的是通过以下措施实现的：
一种钽合金双曲面空间结构件的制备方法，其特征在于：采用多道次径向分流成形与冷挤压成形相结合；所述多道次径向分流成形包括等温等压步骤及成形步骤，所述等温等压步骤是将模具和钽合金坯料加热至650℃±15℃，且真空度达到5×10-2Pa，多道次径向分流成形的挤压道次为2～5次使坯料沿曲面呈放射状流线组织。所述径向分流是指金属在一定压力作用下，坯料厚度减薄，金属沿着曲面周向流动增大(即沿着直径方向流动增大)。
所述流线组织指钽合金等温径向分流成形后，沿着钽合金曲面直径方向组织呈流线状。
上述钽合金双曲面空间结构件的制备方法，还包括在多道次径向分流成形后、冷挤压成形前进行组织性能调控，采用真空热处理，分为2阶梯工艺，(600～800)℃×(30～75)分钟+(1150～1350)℃×(60～120)分钟，随炉冷却到室温，保持真空度≤5×10-3Pa。晶粒组织细化，并降低坯件的硬度与强度。
上述冷挤压，采用框架式液压机，设备公称力(10000～25000)kN；构件厚度方向上的变形量为1％～3％。
上述钽合金双曲面空间结构件的制备方法，还包括多道次径向分流成形前的坯料预处理，所述预处理包括液体喷砂和润滑处理，所述喷砂的液体为自来水，砂为(36～60)目白刚玉砂；所述润滑处理采用的润滑剂为水基纳米石墨润滑剂，纳米石墨与水的质量比为5％～15％。
上述润滑处理后烘干，坯料烘干温度(200～280)℃、保温时间(10～30)分钟。
本发明所述钽合金包括TaW2.5、TaW5、TaW10、TaNb等合金材料；坯料选取钽合金棒料或板材，棒材规格为直径(30～70)mm，长度不小于400mm；板材厚度(3～20)mm，长度、宽度不小于300mm。
具体的，一种钽合金双曲面空间结构件的制备方法，包括以下步骤：
(1)坯料的准备：依据塑性加工成形理论与近均匀塑性变形原理，通过钽合金双曲面空间结构件(图1)设计成形坯件(图2)，计算得出材料体积，并选取一定规格的钽合金棒料或板材；采用线切割方法加工出坯料，并用液体喷砂，去除表面毛刺、油污等物质；
(2)润滑处理：将步骤(1)获得的坯料，在外表面涂抹润滑剂，并对坯料进行烘干处理；
(3)真空等温径向分流成形：将挤压成形模具安装于真空等温系统中，并将模具、坯料加热到一定温度，再进行多道次径向分流成形，使钽合金构件沿曲面呈放射状流线组织；
(4)组织性能调控：将步骤(3)获得的坯件放入真空热处理炉中，进行再结晶热处理，细化晶粒组织，并降低坯件的硬度与强度；
(5)冷挤压：将步骤(4)获得的坯件表面清理干净待用，将模具和坯件安装于冷挤压成形设备上进行钽合金构件的精确整形；钽合金构件内外曲面尺寸、表面质量等满足设计要求；
(6)精密切削加工：将步骤(5)获得的成形构件在数控车床上进行中心孔、外径、端面的少余量精密切削加工。
(7)检测评价：将步骤(6)获得的钽合金零件进行几何尺寸、形位公差、表面质量、重量等测试评价，达到产品设计要求。
所述步骤(6)中少余量精密切削加工，是指钽合金构件切削加工后的重量除以坯料重量的商不小于0.9(即材料利用率达到90％以上)，既保证高效、高精密加工，又满足经济性要求。
有益效果
1、本发明首次提出真空等温径向分流成形方法，使钽合金双曲面空间结构件通过塑性变形获得要求的组织性能；并结合冷挤压、少余量精密切削加工技术，实现钽合金双曲面空间结构件曲面不加工、表面质量满足设计要求，显著提升钽合金构件综合使用性能，并降低制造成本。
2、通过应用测试，本发明至少具有以下七方面特点：
(1)组织性能好：平均晶粒尺寸不大于15μm，伸长率不小于40％。
(2)材料利用率高：材料利用率达到90％以上。
(3)加工效率高：比现有加工方法效率提高3倍以上。
(4)表面质量好：表面粗糙度优于Ra0.4um。
(5)尺寸精度高：单件产品重量偏差不大于0.5％。
(6)产品合格率高：达到90％以上。
(7)经济效益显著：综合制造成本降低45％以上。
3.本发明解决双曲面空间结构件尺寸一致性差、内部组织分布不均、制造成本居高不小等难题，实现高性能+高效率制造，将钽/钽钨材料优势转化为构件使用性能优势。
附图说明
图1双曲面空间结构件产品
图2双曲面空间结构成形构件
图3挤压成形模具系统
图4真空等温径向分流成形构件
图5精确整形构件
图6精密切削加工零件
图7金相组织(金相照片，×500)
图8精密切削加工示意图
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明，但并不理解为对本发明保护范围之限制。
实施例1
一种钽合金双曲面空间结构件的制备方法，包括以下步骤：
(1)坯料的准备：依据塑性加工成形理论与近均匀塑性变形原理，通过钽合金双曲面空间结构件(图1，外径100mm)设计成形坯件(图2，外径105mm，内外曲面尺寸与零件完全一致)，计算得到材料体积28450mm3，根据图纸技术要求材料牌号为TaW2.5，选取直径为50mm的钽合金棒材；采用线切割方法制备出尺寸为Φ50×14.5mm坯料，并用液体喷砂(60目白刚玉砂)去除表面毛刺、油污等物质，为下一道工序作准备。
(2)润滑处理：首先将步骤(1)获得的坯料放入充CO2惰性气体的加热炉中(气体流量1.5L/min)，烘干处理260℃×20分钟；然后在坯料外表面喷涂2次水基纳米石墨润滑剂(纳米石墨与水的质量比为10％)，纳米石墨涂料完全覆盖坯料；最后进行210℃×30分钟的烘干处理。
(3)真空等温径向分流成形：将挤压成形模具(图3)安装于真空等温系统中，并将模具进行600℃×120分钟加热保温，坯料在充CO2惰性气体的加热炉中加热，坯料热处理温度600℃×30分钟，CO2气体流量1L/min；将加热好的坯料放入真空等温系统中的挤压成形模具上，进行3道次的挤压成形，变形量分配如表1所示，成形构件如图4所示。
表1径向分流成形
| 径向分流成形道次 | 变形量 | 坯件外径尺寸 | 备注 |
| 1 | 38.6％ | (71～75)mm | |
| 2 | 42.7％ | (86～90)mm | |
| 3 | 29.4％ | (103～110)mm |
(4)组织性能调控：将步骤(3)获得的坯件清理干净，放入真空热处理炉中，抽取真空使炉体内达到5×10-2Pa，再按650℃×75分钟+1200℃×120分钟进行热处理，最后随炉冷却到室温。
(5)精确整形：将步骤(4)获得的坯件采用超声波方法去除表面微小粉尘、油污等；将精确整形模具安装于10000kN冷挤压设备上，进行钽合金构件的精确整形，工艺参数如表2所示，精确整形构件如图5所示。
表2径向分流成形
| 精确整形道次 | 变形量 | 表面粗糙度 | 备注 |
| 1 | 1.2％ | (0.4～0.8)μm | |
| 2 | 0.7％ | 优于0.4μm |
(6)精密切削加工：将步骤(5)获得的成形构件在数控车床上进行中心孔、定位凸台、外径、端面的少余量精密切削加工，如图8所示。
(7)检测评价：将步骤(6)获得的钽合金零件进行检测，内外曲面R的尺寸偏差(0.002～0.045)mm，中心孔与外径的同轴度(0.002～0.02)mm，表面粗糙度(Ra0.03～Ra0.15)μm，重量偏差(0.05～3.6)g(零件实际重量580g)，满足设计要求。
将本实施例与传统冲压成型+切削加工方法作比对，样本量为30件钽合金双曲面空间结构件，有六个方面的优势：
一是晶粒组织均匀细小，沿双曲面空间结构件横向、纵向晶粒组织分布均匀，平均晶粒尺寸(10～15)μm。采用金相显微分析方法，在钽合金构件(1/2半径)圆周方向均匀取4个试样(5×5mm方块)，进行粗磨、精抛光，在对抛光面进行化学腐蚀(氢氟酸+硝酸溶液)；在光学显微镜下放大500倍拍摄照片，再采用截线法(即划一定长度线段，数出线段上晶粒个数)，计算得出平均晶粒尺寸。
二是各向力学性能稳定，室温抗拉强度(340～370)MPa，断后伸长率49％～53％。采用线切割方法，沿双曲面结构件圆周方向或径向各去4件试样，通过磨削等工艺制取厚度(1.5～2)mm的片状试样；在MTS试验机上进行拉伸试验，获得抗拉强度、断后伸长率等数据。
三是材料利用率高，由冲压成型+切削加工方法的56％提高到93％以上。将冲压成型坯件、本发明成形件、最终产品进行称重，将最终产品重量除以冲压成型坯件、本发明成形件的重量，获得材料利用率值。
四是生产效率高，由冲压成型+切削加工方法的每件耗时12小时降低到4小时；
五是综合制造成本低，产品合格率由80％提高到96.6％，综合制造成本降低41.7％。以30件为样本量，采用冲压成型+切削加工得到产品曲面尺寸不合格品有4件，表面屑瘤、刀痕等缺陷不合格品有2件，即合格率为80％；本发明方法曲面尺寸不车削加工，不合格品来自径向分流成型设备精度不高，导致底厚尺寸超出不合格品1件，即合格率为96.6％。
综合制造成本降低计算：以外径100mm的某产品为例(产品重量440g)，冲压成型+切削加工坯件重量787g，本发明坯件重量473g，相比单件节省材料314g，以市价3500元/kg计算，冲压成型+切削加工方法材料费2754.5元，本发明材料费1655.5元，材料费节省1099元。冲压成型+切削加工方法的每件耗时12小时(冲压成型用时1小时，切削加工11小时)，本发明每件耗时4小时(径向飞流成形用时3小时、切削加工1小时)，费用相当，按市场价100元/h,即加工费1200元；合格率由80％提高到96.6％，加工费和材料成本按1:1计算，16.6％×(1655.5+1655.5)＝549.6元；综合制造成本降低(1099+549.6)÷(2754.5+1200)×100％＝41.7％。
六是产品性能稳定，7件钽合金构件在高应变速率下变形为预期要求的形状体，通过高速摄影拍摄获得变形过程，服役工况下的使用性能100％满足设计要求。
实施例2
一种钽合金双曲面空间结构件的制备方法，包括以下步骤：
(1)坯料的准备：依据塑性加工成形理论与近均匀塑性变形原理，通过钽合金双曲面空间结构件(图1，外径140mm)设计成形坯件(图2，外径148mm，内外曲面尺寸与零件完全一致)，计算得到材料体积65980mm3，根据图纸技术要求材料牌号为TaW5，选取直径为65mm的钽合金棒材；采用线切割方法制备出尺寸为Φ65×19.9mm坯料，并用液体喷砂(60目白刚玉砂)去除表面毛刺、油污等物质，为下一道工序作准备。
(2)润滑处理：首先将步骤(1)获得的坯料放入充CO2惰性气体的加热炉中(气体流量1.5L/min)，烘干处理280℃×10分钟；然后在坯料外表面喷涂3次水基纳米石墨润滑剂(纳米石墨与水的质量比为12.5％)，纳米石墨涂料完全覆盖坯料；最后进行230℃×15分钟的烘干处理。
(3)真空等温径向分流成形：将挤压成形模具(图3)安装于真空等温系统中，并将模具进行550℃×120分钟加热保温，坯料在充CO2惰性气体的加热炉中加热，热处理温度550℃×60分钟，气体流量1L/min；将加热好的坯料放入真空等温系统中的挤压成形模具上，进行4道次的挤压成形，变形量分配如表3所示，成形构件如图4所示。
表3径向分流成形
(4)组织性能调控：将步骤(3)获得的坯件清理干净，放入真空热处理炉中，抽取真空使炉体内达到5×10-2Pa，再按750℃×45分钟+1300℃×60分钟进行热处理，最后随炉冷却到室温。
(5)精确整形：将步骤(4)获得的坯件采用超声波方法去除表面微小粉尘、油污等；将精确整形模具安装于20000kN冷挤压设备上，进行钽合金构件的精确整形，工艺参数如表4所示，精确整形构件如图5所示。
表4径向分流成形
| 精确整形道次 | 变形量 | 表面粗糙度 | 备注 |
| 1 | 1.0％ | (0.4～0.8)μm | |
| 2 | 0.7％ | 优于0.4μm | |
| 3 | 0.5％ | 优于0.4μm |
(6)精密切削加工：将步骤(5)获得的成形构件在数控车床上进行中心孔、定位凸台、外径、端面的少余量精密切削加工，如图8所示。
(7)检测评价：将步骤(6)获得的钽合金零件进行检测，内外曲面R的尺寸偏差(0.002～0.065)mm，中心孔与外径的同轴度(0.002～0.025)mm，表面粗糙度(Ra0.06～Ra0.28)μm，重量偏差(0.05～7.2)g(零件实际重量1020g)，满足设计要求。
将本实施例与传统冲压成型+切削加工方法作比对，样本量为30件钽合金双曲面空间结构件，有六个方面的优势：
一是晶粒组织均匀细小，沿双曲面空间结构件横向、纵向晶粒组织分布均匀，平均晶粒尺寸(8～12)μm；采用金相显微分析方法，在钽合金构件(1/2半径)圆周方向均匀取4个试样(5×5mm方块)，进行粗磨、精抛光，在对抛光面进行化学腐蚀(氢氟酸+硝酸溶液)；在光学显微镜下放大500倍拍摄照片，再采用截线法(即划一定长度线段，数出线段上晶粒个数)，计算得出平均晶粒尺寸。
二是各向力学性能稳定，室温抗拉强度(420～460)MPa，断后伸长率45％～51％；采用线切割方法，沿双曲面结构件圆周方向或径向各去4件试样，通过磨削等工艺制取厚度(1.5～2)mm的片状试样；在MTS试验机上进行拉伸试验，获得抗拉强度、断后伸长率等数据。
三是材料利用率高，由冲压成型+切削加工方法的56％提高到91％以上；将冲压成型坯件、本发明成形件、最终产品进行称重，将最终产品重量除以冲压成型坯件、本发明成形件的重量，获得材料利用率值。
四是生产效率高，由冲压成型+切削加工方法的每件耗时20小时降低到6.5小时。
五是综合制造成本低，产品合格率由70％提高到93.3％，综合制造成本降低46.7％；
以30件为样本量，采用冲压成型+切削加工得到产品曲面尺寸不合格品有6件，表面屑瘤、刀痕等缺陷不合格品有3件，即合格率为70％；本发明方法曲面尺寸不车削加工，不合格品来自径向分流成型设备精度不高，导致底厚尺寸超出不合格品2件，即合格率为93.3％。
综合制造成本降低计算：以外径140mm的某产品为例(产品重量1010g)，冲压成型+切削加工坯件重量1803g，本发明坯件重量1110g，相比单件节省材料693g，以市价3500元/kg计算，冲压成型+切削加工方法材料费6310.5元，本发明材料费3885元，材料费节省2525.5元。冲压成型+切削加工方法的每件耗时20小时(冲压成型用时2小时，切削加工18小时)，本发明每件耗时6.5小时(径向飞流成形用时5小时、切削加工1.5小时)，费用相当，按市场价100元/h,即加工费2000元；合格率由70％提高到93.3％，加工费和材料成本按1:1计算，23.3％×(3885+2000)＝1353.5元；综合制造成本降低(2525.5+1353.5)÷(6310.5+2000)×100％＝46.7％。
六是产品性能稳定，7件钽合金构件在高应变速率下变形为预期要求的形状体，通过高速摄影拍摄获得变形过程，服役工况下的使用性能100％满足设计要求。
实施例3
一种钽合金双曲面空间结构件的制备方法，包括以下步骤：
(1)坯料的准备：依据塑性加工成形理论与近均匀塑性变形原理，通过钽合金双曲面空间结构件(图1，外径156mm)设计成形坯件(图2，外径162mm，内外曲面尺寸与零件完全一致)，计算得到材料体积89528mm3，根据图纸技术要求材料牌号为TaNb，选取厚度为20mm，长、宽为300mm的轧制板材；采用线切割方法制备出尺寸为Φ72×20mm坯料，并用液体喷砂(36目白刚玉砂)去除表面毛刺、油污等物质，为下一道工序作准备。
(2)润滑处理：首先将步骤(1)获得的坯料放入充CO2惰性气体的加热炉中(气体流量2.5L/min)，烘干处理230℃×30分钟；然后在坯料外表面喷涂4次水基纳米石墨润滑剂(纳米石墨与水的质量比为6.66％)，纳米石墨涂料完全覆盖坯料；最后进行250℃×10分钟的烘干处理。
(3)真空等温径向分流成形：将挤压成形模具(图3)安装于真空等温系统中，并将模具进行650℃×120分钟加热保温，坯料在充CO2惰性气体的加热炉中加热，热处理温度650℃×60分钟，气体流量1.5L/min；将加热好的坯料放入真空等温系统中的挤压成形模具工作面上，进行5道次的挤压成形，变形量分配如表5所示，成形构件如图4所示。
表5径向分流成形
| 径向分流成形道次 | 变形量 | 坯件外径尺寸 | 备注 |
| 1 | 36.4％ | (90～95)mm | |
| 2 | 32.1％ | (100～110)mm | |
| 3 | 25.0％ | (130～135)mm | |
| 4 | 20.0％ | (148～153)mm | |
| 5 | 8.3％ | (162～167)mm |
(4)组织性能调控：将步骤(3)获得的坯件清理干净，放入真空热处理炉中，抽取真空使炉体内达到5×10-2Pa，再按800℃×30分钟+1250℃×90分钟进行热处理，最后随炉冷却到室温。
(5)精确整形：将步骤(4)获得的坯件采用超声波方法去除表面微小粉尘、油污等；将精确整形模具安装于25000kN冷挤压设备上，进行钽合金构件的精确整形，工艺参数如表6所示，精确整形构件如图5所示。
表6径向分流成形
(6)精密切削加工：将步骤(5)获得的成形构件在数控车床上进行中心孔、定位凸台、外径、端面的少余量精密切削加工，如图8所示。
(7)检测评价：将步骤(6)获得的钽合金零件进行检测，内外曲面R的尺寸偏差(0.002～0.058)mm，中心孔与外径的同轴度(0.002～0.023)mm，表面粗糙度(Ra0.1～Ra0.36)μm，重量偏差(0.05～10.2)g(零件实际重量1320g)，满足设计要求。
将本实施例与传统冲压成型+切削加工方法作比对，样本量为30件钽合金双曲面空间结构件，有六个方面的优势：
一是晶粒组织均匀细小，沿双曲面空间结构件横向、纵向晶粒组织分布均匀，平均晶粒尺寸(5～10)μm；
采用金相显微分析方法，在钽合金构件(1/2半径)圆周方向均匀取4个试样(5×5mm方块)，进行粗磨、精抛光，在对抛光面进行化学腐蚀(氢氟酸+硝酸溶液)；在光学显微镜下放大500倍拍摄照片，再采用截线法(即划一定长度线段，数出线段上晶粒个数)，计算得出平均晶粒尺寸。
二是各向力学性能稳定，室温抗拉强度(450～490)MPa，断后伸长率(44～52)％；采用线切割方法，沿双曲面结构件圆周方向或径向各去4件试样，通过磨削等工艺制取厚度(1.5～2)mm的片状试样；在MTS试验机上进行拉伸试验，获得抗拉强度、断后伸长率等数据。
三是材料利用率高，由冲压成型+切削加工方法的56％提高到94％以上；将冲压成型坯件、本发明成形件、最终产品进行称重，将最终产品重量除以冲压成型坯件、本发明成形件的重量，获得材料利用率值。
四是生产效率高，由冲压成型+切削加工方法的每件耗时25小时降低到8小时；
五是综合制造成本低，产品合格率由60％提高到90％，综合制造成本降低52.0％；以30件为样本量，采用冲压成型+切削加工得到产品曲面尺寸不合格品有7件，表面屑瘤、刀痕等缺陷不合格品有7件，即合格率为60％；本发明方法曲面尺寸不车削加工，不合格品来自径向分流成型设备精度不高，导致底厚尺寸超出不合格品3件，即合格率为90％。
综合制造成本降低计算：以外径156mm的某产品为例(产品重量1402g)，冲压成型+切削加工坯件重量2505g，本发明坯件重量1492g，相比单件节省材料1013g，以市价3500元/kg计算，冲压成型+切削加工方法材料费8767.5元，本发明材料费5222元，材料费节省3545.5元。冲压成型+切削加工方法的每件耗时25小时(冲压成型用时2小时，切削加工23小时)，本发明每件耗时8小时(径向飞流成形用时6小时、切削加工2小时)，费用相当，按市场价100元/h,即加工费2500元；合格率由60％提高到90％，加工费和材料成本按1:1计算，30％×(5222+2500)＝2316.6元；综合制造成本降低(3545.5+2316.6)÷(8767.5+2500)×100％＝52％。
六是产品性能稳定，7件钽合金构件在高应变速率下变形为预期要求的形状体，通过高速摄影拍摄获得变形过程，服役工况下的使用性能100％满足设计要求。
Claims (6)
1.一种钽合金双曲面空间结构件的制备方法，其特征在于：采用多道次径向分流成形与冷挤压成形相结合；所述多道次径向分流成形包括等温等压步骤及成形步骤，所述等温等压步骤是将模具和钽合金坯料加热至650℃±15℃，且真空度达到5×10-2Pa，多道次径向分流成形的挤压道次为2～5次。
2.如权利要求1所述的钽合金双曲面空间结构件的制备方法，还包括在多道次径向分流成形后、冷挤压成形前进行组织性能调控，采用真空热处理，分为2阶梯工艺，（600～800）℃×（30～75）分钟+（1150～1350）℃×（60～120）分钟，随炉冷却到室温，保持真空度≤5×10-3Pa。
3.如权利要求1或2所述的钽合金双曲面空间结构件的制备方法，所述冷挤压，采用框架式液压机，设备公称力（10000～25000）kN；构件厚度方向上的变形量为1%～3%。
4.如权利要求1-3任一所述的钽合金双曲面空间结构件的制备方法，还包括多道次径向分流成形前的坯料预处理，所述预处理包括液体喷砂和润滑处理，所述喷砂的液体为自来水，砂为（36～60）目白刚玉砂；所述润滑处理采用的润滑剂为水基纳米石墨润滑剂，纳米石墨与水的质量比为5%～15%。
5.如权利要求4所述的钽合金双曲面空间结构件的制备方法，所述润滑处理后烘干，坯料烘干温度（200～280）℃、保温时间（10～30）分钟。
6.如权利要求1-5任一所述的钽合金双曲面空间结构件的制备方法，包括以下步骤：
（1）坯料的准备：通过钽合金双曲面空间结构件设计成形坯件，计算得出材料体积，并选取一定规格的钽合金棒料或板材；采用线切割方法加工出坯料，并用液体喷砂，去除表面毛刺、油污；
（2）润滑处理：将步骤（1）获得的坯料，在外表面涂抹润滑剂，并对坯料进行烘干处理；
（3）真空等温径向分流成形：将挤压成形模具安装于真空等温系统中，并将模具、坯料加热到一定温度，再进行多道次径向分流成形，使钽合金构件沿曲面呈放射状流线组织；
（4）组织性能调控：将步骤（3）获得的坯件放入真空热处理炉中，进行再结晶热处理，细化晶粒组织，并降低坯件的硬度与强度；
（5）冷挤压：将步骤（4）获得的坯件表面清理干净待用，将模具和坯件安装于冷挤压成形设备上进行钽合金构件的精确整形；钽合金构件内外曲面尺寸、表面质量等满足设计要求；
（6）精密切削加工：将步骤（5）获得的成形构件在数控车床上进行中心孔、外径、端面的少余量精密切削加工；
（7）检测评价：将步骤（6）获得的钽合金零件进行几何尺寸、形位公差、表面质量、重量等测试评价。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 邓小民等: "金属挤压与拉拔工程学", 合肥工业大学出版社, pages: 183 - 187 * |
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