[发明专利]一种大深径比回转薄壁钛合金构件及其成形方法

说明书

本发明提供了一种大深径比回转薄壁钛合金构件及其成形方法，该成形方法适用于形状比较复杂的钛合金回转体薄壁件，属于有色金属材料及工艺技术领域，该成形方法包括变温热冲压预成形和超塑终成形步骤：在变温热冲压预成形步骤中，包括对钛合金板料上拉伸剧烈的区域风冷降温；在超塑终成形步骤中，包括将经过变温热冲压预成形步骤制得的预成形件进行超塑成形，得到结构符合要求的钛合金构件。针对大深径比薄壁钛合金复杂结构件，本发明采用一种变温预成形工艺控制金属材料流动，从而实现构件的壁厚控制；采用超塑成形工艺实现复杂结构的精密成形，提高成形质量，省却了复杂结构的机械加工工序，成形工艺简化，生产效率得到有效提高。

技术领域

本发明属于有色金属材料及工艺技术领域，特别涉及一种大深径比回转薄壁钛合金构件及其成形方法。

背景技术

大深径比回转薄壁钛合金构件在航空航天领域具有广泛应用，如航空发动机的进气道结构件、航天运载火箭所需的钛合金气瓶贮箱等结构件。常见成形加工方法有热冲压成形、超塑成形、卷焊成形、旋压成形等。针对大深径比回转薄壁钛合金构件，常规热冲压成形、超塑成形工艺获得的产品壁厚分布不均，随着产品高度增加，上端与下端壁厚差距增大，因此要求初始板坯厚度较大，保障成形工件的最薄点能够满足产品壁厚要求，造成原材料的大量浪费，生产成本较高；且大深径比冲压或超塑成形可能导致板料拉裂，成品率较低。卷焊成形工艺是将板料绕成形模具弯卷成形，在交接处进行焊接获得产品，该工艺难以保障产品的形状精度，焊缝处容易产生较大应力造成开裂，工程应用中存在较大隐患。对于具有凹槽或加强筋等复杂结构的回转体，卷焊成形与旋压成形工艺最终只能利用机械加工获得上述复杂结构，使机加工序复杂，生产效率降低，且仍需较大的初始板料壁厚。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种大深径比回转薄壁钛合金构件及其成形方法，该成形方法利用钛合金材料高温流动性优于低温流动性的特点，通过变温预成形方法控制材料流动。在变温预成形的温度控制下，促进板料壁厚较大的区域在较高温度下进行材料流动，实现壁厚减薄；使原工艺下获得的壁厚较小的区域由于吹气降温材料流动性降低，最终获得的产品壁厚增加；变温预成形后的工件再通过超塑成形获得最终产品，可以实现产品壁厚的均匀分布与形状尺寸的精度控制。对于具有凹槽、或加强筋等复杂结构的产品也可以通过后续的超塑成形保证精度。通过变温预成形和超塑终成形的工艺结合，最终获得的产品壁厚均匀且得以解决现有成形工艺工序复杂、材料利用率低、成形精度差、生产效率低等问题，从而完成本发明。

本发明提供了的技术方案如下：

第一方面，一种大深径比回转薄壁钛合金构件的成形方法，包括变温热冲压预成形和超塑终成形工序：

在变温热冲压预成形工序中，包括对钛合金板料上拉伸剧烈的区域风冷降温；

在超塑终成形工序中，包括将经过变温热冲压预成形步骤制得的预成形件进行超塑成形，得到结构符合要求的钛合金构件。

该成形方法具体包括如下步骤：

步骤1，将预成形模具安装于热成形机，钛合金板料放于预成形模具的凹模上，对钛合金板料和预成形模具同时加热升温至700～850℃，保温1～2小时；

步骤2，对钛合金板料上拉伸剧烈的区域风冷降温，使该区域较其周边温度低200～350℃；

步骤3，预成形模具的凸模下行至最终位置，保温，凸模下行的过程中持续进行风冷降温；

步骤4，预成形结束后，钛合金板料降温，由预成形模具中取出，得到预成形件；

步骤5，在超塑成形模具型腔表面与预成形件表面均匀涂覆止焊剂，将预成形件置于超塑成形模具中，连接气路和热电偶，安装于热成形机中；

步骤6，对预成形件和超塑成形模具同时加热升温至850～1000℃，保温5～10小时后由气路进气，使预成形件材料下行贴合超塑成形模具的凹模；