[发明专利]一种TA7钛合金厚壁球壳的超塑性等温冲压方法

说明书

本发明公开了一种TA7钛合金厚壁球壳的超塑性等温冲压方法，由于成形温度低，且模具与材料温度一致，变形量小，因此对材料性能影响很小、不易形成缺陷，质量可靠性好，大幅提高了TA7热冲压成形过程的塑性；本发明可以实现难变形、大尺寸TA7厚壁球壳的整体成形，成形精度稳定、成形效率较高，特别适合于运载火箭用TA7低温钛合金气瓶产品的研制和生产，同时也可以用于其它领域、其它牌号钛合金，同类产品的研制和生产。

技术领域

本发明涉及一种TA7钛合金厚壁球壳的超塑性等温冲压方法，属于塑性加工技术领域。

背景技术

TA7钛合金由于其优异的低温性能，在运载火箭冷氦气瓶上得到了广泛应用，传统工艺一般采用锻造成形半球壳体，但随着型号的发展，新研火箭气瓶尺寸逐渐增大，锻造工艺难度和风险急剧增加，因此迫切需要一种新型工艺来实现TA7球壳的成形，替代传统锻造工艺。

常规热冲压成形一般是采用普通压力机作为成形设备，模具本身不加热，冲压时利用加热炉将板坯进行预热，然后快速将板坯转移至模具上进行冲压成形，为了防止坯料温度降低过多，成形过程一般较快，有时需要分成多个道次冲压，板坯成形过程中还需返回加热炉加热，以保证冲压时的成形温度。超塑成形一般采用专用的热成形设备，成形时模具与上下压头同时加热并维持在成形温度，成形过程中模具与坯料在同一温度或较为接近的温度下，因此成形过程的温度维持稳定，坯料并不会随着成形的进行而降温，可以实现低应变速率成形，可大幅提高材料的塑性。超塑成形后的零件尺寸精准、稳定、残余应力小。相对常规热冲压成形时易出现的各种缺陷，超塑性等温冲压成形的优点十分突出。

目前来看，在国内外压力容器的研制生产上，钛合金的超塑成形工艺以及热冲压成形工艺应用十分广泛。超塑成形技术在航空航天领域应用较早，爱德华空军基地的火箭推进研究所早在八十年代就进行超塑成形制造推进剂贮箱的试验研究，试验产品是TC4半球形壳体。以前这种半球是由厚壁锻坯加工而成，采用超塑成形技术后，大大减少了机械加工时，提高了材料利用率。日本ISAS和MHI两家公司从1981年就开始使用超塑成形工艺制造航天器贮箱。欧空局采用超塑技术制造贮箱的典型应用是在九十年代，阿里安5姿态控制系统的贮箱至今仍采用这种超塑技术制造。在深海探测领域大尺寸的厚壁球壳应用较多，因此热冲压成形技术应用更广，国外的大型钛合金深潜器载人舱球壳均采用了热冲压技术成形，例如美国“新阿尔文”号、日本的“深海6500”号、以及法国的“鹦鹉螺”号深潜器均使用了Ti64整体半球壳体，其制造工艺采用的就是整体热冲压成形技术。在航天领域，热冲压成形技术也有应用，例如“天宫”上使用的TC4贮箱封头就采用了热冲压成形，但后来类似产品逐渐被成形精度更高的超塑技术所取代。

从国内来看，采用超塑成形制造的钛合金压力容器产品也已经得到了应用，例如703所采用超塑成形技术实现了TC4钛合金薄壁半球壳体的精密成形，并成功应用于探月工程贮箱的研制；625所也采用超塑成形制造了各种尺寸的TC4钛合金薄壁球壳，已经在国内卫星型号上得到了应用。此外，我国近几年新研制的4500M深潜器，采用了半球整体热冲压成形技术。综上，超塑成形技术与热冲压技术在航空航天、深空探测、深海探测等领域均有广泛应用，但目前尚未见将两种技术有机结合，实现难变形钛合金材料TA7厚壁球壳的超塑性等温冲压成形，并获得工程应用的相关报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：本发明提供了一种TA7钛合金厚壁球壳的超塑性等温冲压方法，大幅提高了TA7热冲压成形过程的塑性，解决了传统工艺的局部开裂、表面微裂纹等问题。

本发明的技术解决方案：

一种TA7钛合金厚壁球壳的超塑性等温冲压方法，具体步骤如下：