采用線膨脹系數可控ZrO2-TiO2陶瓷模具的鈦合金高精度超塑成形

蔣少松， 赫曉東， 張凱鋒， 高 鵬， 李保永

(1.哈爾濱工業大學材料科學與工程學院，哈爾濱150001;2.哈爾濱工業大學航天學院，哈爾濱150001;3.北京航星機器制造公司，北京100013)

采用鈦合金超塑成形技術制造的航空航天結構件，既可提高結構的抗疲勞、抗腐蝕特性，又可滿足質量輕、強度高的目標，同時還可縮短制造周期，與傳統的加工工藝相比，有很大的優勢［1～5］。然而，在鈦合金超塑成形中，由于實驗溫度較高，成形模具與工件均會產生不同程度的熱膨脹。鈦合金的線膨脹系數在(8～10)×10-6℃-1之間，而超塑成形中常用的耐熱鋼模具的線膨脹系數則在(13～18)×10-6℃-1之間，成形材料的線膨脹系數遠小于成形模具的線膨脹系數。對于尺寸大，形狀不規則的鈦合金零件進行超塑成形時，線膨脹系數的差異不僅會造成零件難以脫模、尺寸精度降低等問題，還會導致工件的形狀畸變。尺寸越大的工件，線膨脹差異引起的成形精度降低問題會越嚴重。

為了解決線膨脹系數差異導致成形精度降低問題，本工作引入了陶瓷模具。除了獨特的耐高溫、耐磨、耐蝕性能以外，陶瓷模具還具備價格低，質量輕，摩擦系數低，成形能耗少，制品尺寸精度和表面精度高等諸多優點，是一種較為理想的模具材料［6，7］。雖然其具有韌性差的缺點，但超塑成形所需要的成形壓力小，模具負載小，因此，陶瓷模具在超塑成形中的應用，即能發揮其高溫性能好的優點，又能避免其韌性差的缺點，具有很好的應用前景［8，9］。國內外很多研究者已將陶瓷模具作為傳統超塑成形耐熱鋼模具的替代者進行開發使用。……