西工鈦談TC4鈦合金與鈦合金板超塑性成形方法

鈦合金抗蝕性能優(yōu)異，密度小，疲勞強(qiáng)度和抗裂紋擴(kuò)展能力好，TC4鈦合金目前主要以鈦板，鈦棒為主，造成目前這種現(xiàn)狀的主要原因是TC4鈦合金的強(qiáng)度高，冷軋成形難度大。鈦合金的優(yōu)良耐蝕性及良好的比強(qiáng)度，在航空、航天、汽車(chē)、造船、能源等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。

鈦合金板的超塑性成形方法大致可分為下列三種：(1)真空成形；(2)氣壓成形(吹塑成形)；(3)模壓成形(偶合模成形)。前兩法是塑料(或玻璃)制品成形常用的方法。鈦板超塑性成形因?qū)儆谡承曰虬胝承粤鲃?dòng)變形，所以可以利用低壓成形。氣壓成形還可同真空成形結(jié)合起來(lái)應(yīng)用。

1、真空成形法

真空成形法又可分為兩種：凸模法與凹模法。

凸模法是把經(jīng)過(guò)加熱后的毛料，吸附在具有零件內(nèi)形的凸模上的成形方法，用來(lái)成形要求內(nèi)側(cè)尺寸精度高的零件。凹模法則是把加熱過(guò)的毛料，吸附在具有零件外形的凹模上的成形力法，用于要求外形尺寸精度高的零件成形。一般說(shuō)來(lái)，前者用于較深容器的成形，后者用于較淺容器的成形。

真空成形也是一種氣壓成形，只是成形壓力只能是一個(gè)大氣壓。故對(duì)鈦板來(lái)說(shuō)，只能成形厚度薄、形狀簡(jiǎn)單、曲率度化和緩的零件，不適于成形厚度較厚、形狀較復(fù)雜和變形較劇的零件。

2、模壓成形法

采用偶合模。與普通壓型不同的是溫度高，模壓速度慢得多。

由于能耐鈦板超塑性溫度的金屬偶合模具制造困難，配合精度難以保證(特別對(duì)復(fù)雜形狀的模具)，故鈦板超塑性成形少用。

3、氣壓成形法(吹塑成形法)

這是一種特殊的脹形工藝。

傳統(tǒng)的脹形工藝是用機(jī)械、液壓脹形或用爆炸脹形的方法實(shí)現(xiàn)的，使用的壓力與能量都比較高，并且由于材料塑性的限制，變形量一般都不太大。吹塑成形則是一種用低能、低壓可以獲得大變形量的成形，是—種與傳統(tǒng)工藝概念不同的板料成形技術(shù)。由于金屬在變形過(guò)程中是自由的，因此，幾乎全部動(dòng)力都消耗在變形功上，摩擦損失很小(對(duì)于自由吹塑成形來(lái)說(shuō)，則沒(méi)有摩擦損失)，這與其它沖壓成形有著本質(zhì)的區(qū)別。

吹塑成形可分為自由吹塑成形和模具吹塑成形兩類(lèi)。模具吹塑成形的特點(diǎn)為半模成形，與真空成形類(lèi)似之處，也分為凸模成形利凹模成形兩種；其不同之處是成形壓力可大于一個(gè)大氣壓，還對(duì)通過(guò)氣源系統(tǒng)對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，因而可以制造形狀復(fù)雜，曲率變化大的零件。

(1)自由吹塑成形法

這是最簡(jiǎn)單的一種吹塑威形。其特點(diǎn)是不用模具，吹制的典型零件是球形零件。

(2)凸模成形法

此法是使鈦板毛料的外側(cè)，形成一封閉的壓力空間，鈦板加熱到超塑性溫度后，在壓縮氣體的氣壓作用下，毛料產(chǎn)生超塑性變形，逐漸向模具型面靠近，直至同模具完全貼合，作出與模具型面相同的零件。成形零件的內(nèi)表面尺寸精度高，形狀準(zhǔn)確，深度與寬度之比較大，模具加工也較易，但脫模較困難，原材料也較費(fèi)。用該法成形的零件底部較四周為厚。

(3)凹模成形法

與凸模成形法不同的是，在成形過(guò)程中使鈦板毛料內(nèi)側(cè)形成一封閉的壓力空間。成形零件外表面尺寸精度高，形狀準(zhǔn)確，零件脫模較易，原材料較省，但深度與寬度比較小，模具加工也較困難。用該法成形的零件底部較四周為薄。