[发明专利]一种多位加载柔性介质复合超塑成形装置及其方法

说明书

一种多位加载柔性介质复合超塑成形装置及其方法。本发明属于超塑成形领域。本发明为解决现有超塑成形合金薄壁构件超塑成形方法存在低应变速率导致晶粒粗化以及成形过程中单一胀形导致的局部过度减薄的技术问题。本发明的装置包括上模、多个压力缸、柔性介质、待成型合金板材、随动电极、下模、密封绝缘体和气道。成形方法：步骤1：将待成型合金板材用乙醇进行清洗去除杂质后放入模具合模固定；步骤2：将随动电极连接外置电源，通电对待成型合金板材进行预热；步骤3：设定多个压力缸呈内凹形下行进行预成形；步骤4：设定多个压力缸呈外凸形下行，在柔性介质和气体的作用下成形至预定形状，开模取出，完成多位加载柔性介质复合超塑成形。

技术领域

本发明属于超塑成形领域，具体涉及一种多位加载柔性介质复合超塑成形装置及其方法。

背景技术

随着我国航空航天技术的深入发展，新一代高新装备进一步提高马赫数和增加飞行距离，在耐高温轻质材料与轻量化结构的双重减重方面提出了更高要求。在此背景下，以O相为基的新型Ti₂AlNb合金在航空航天领域受到广泛重视，其不仅具有优良的高温性能，可在700-800℃范围内长时间使用，而且密度远低于镍基高温合金，是高温合金和钛合金较为理想的替代材料，已成为目前最具潜力的航空航天高温结构材料之一。

目前，我国在Ti₂AlNb合金材料开发方面取得了阶段性研究成果，钢铁研究总院和沈阳金属研究所已经可以生产板材。然而，Ti₂AlNb合金的难成形性和变形协调性差等问题导致传统制造方法难以满足薄壁复杂构件成形要求，限制了Ti₂AlNb合金的广泛应用，因此，急需开展Ti₂AlNb合金高温复杂薄壁结构新型成形技术研究。

Ti₂AlNb合金超塑成形是目前公认的最具前景的制造薄壁复杂结构的先进成形技术之一，但研究结果表明，现有Ti2AlNb合金超塑成形具有其本质局限性，难以满足新型武器构件“控形控性”的双重要求。主要体现在两个方面。其一，低应变速率变形导致晶粒粗化，变形性能与使用性能形成倒置关系。从目前文献数据来看，Ti₂AlNb合金最佳超塑性应变速率通常在10^-4-10^-5s^-1范围内，温度在950-1000℃之间。长时高温环境不仅导致成形效率低，而且会造成材料组织粗大，超塑成形后晶粒尺寸长大20％左右，高温力学性能最大减少30％，降低了材料的使用性能。其二，气体介质的单一法向力胀形，容易导致变薄区域局部应变速率剧增，产生“愈薄愈变”现象，限制了复杂构件的一次成形。现有超塑成形技术完全通过材料变形区胀形减薄获得形状，无补料行为，一旦局部发生减薄，则此处由于变形抗力减小导致变形加剧，并最终破裂，成形示意图如图1所示。在单一法向力作用下，局部减薄导致的破裂是普遍现象，尤其对于应变速率敏感性指数m＝0.4～0.6的Ti₂AlNb合金，在此应力状态下难以获得大变形，极大限制了Ti₂AlNb合金薄壁构件超塑成形技术的应用与发展。因此，解决低应变速率导致的晶粒粗化问题和改变单一法向力胀形减薄特性成为提升Ti₂AlNb合金超塑成形技术的关键。

发明内容

本发明为解决现有超塑成形合金薄壁构件超塑成形方法存在低应变速率导致晶粒粗化以及成形过程中单一胀形导致的局部过度减薄的技术问题，而提供了一种多位加载柔性介质复合超塑成形装置及其方法。

本发明的一种多位加载柔性介质复合超塑成形装置包括上模、多个压力缸、柔性介质、待成形合金板材、随动电极、下模、密封绝缘体和气道；

所述待成形合金板材置于上模和下模之间，所述随动电极设置在待成形合金板材的两端；

所述上模内设有介质型腔，所述多个压力缸穿过上模进入到介质型腔中，柔性介质设置在介质型腔中；

所述密封绝缘体置于上模和待成形合金板材之间；