TA15四層板結構超塑成形/擴散連接技術研究

閆亮亮，童國權，劉劍超，劉海建，劉太盈，熊亮同

(1. 南京航空航天大學機電學院，南京 210016；2.北京星航機械裝備有限公司，北京 100074)

超塑成形/擴散連接（Superplastic Forming/Diffusion Bonding, SPF/DB）技術是一種推動現(xiàn)代航空航天結構設計概念發(fā)展和突破傳統(tǒng)鈑金成形方法的先進制造技術，采用SPF/DB技術制造的鈦合金結構件已廣泛應用于航空航天領域，并取得良好的技術效益和經濟效益[1-2]。但在SPF/DB的研究和應用方面，主要側重于α+β兩相鈦合金TC4[1-3]，而對于可以在500℃下長期工作、能夠滿足3Ma以上高速飛行器需求的近α型鈦合金TA15的研究報道較少。在超塑單向拉伸基礎上，針對TA15四層SPF/DB試驗件，本文進行了數(shù)值模擬，獲得了超塑加載壓力p-時間t曲線，并開展了四層SPF/DB工藝試驗，成功制備了四層TA15空心試驗件。

1 材料及試驗模具

TAl5（BT20）合金是前蘇聯(lián)研制的一種高Al當量的近α型鈦合金，其名義成分為Ti-6A1-2Zr-1Mo-1V。本試驗所用TA15板材厚度為1.0mm和1.2mm，由寶雞鈦業(yè)股份有限公司生產。試驗模具型腔尺寸為238mm×188mm×40mm，型腔側壁單面斜度為18°，上下型腔對稱。試驗模具材料為Ni7N。

2 有限元模擬

2.1 有限元模型的建立

為了提高有限元計算效率和方便觀察芯板成形過程，取四層板的1/2結構進行有限元模擬，選用Marc軟件提供的Thick Shell 140單元類型，在用AUTOMESH進行網格劃分時，采用四邊形單元，共劃分為18450個單元。

2.2 材料參數(shù)及超塑本構方程的確立

在超塑成形溫度下，超塑材料的本構方程可表示為σ=K˙εm，式中，K為材料常數(shù)、m為應變速率敏感性指數(shù)[4]。在超塑變形中，如果應變速率變化不大，K和m都可近似地看作常數(shù)。……