【摘要】：空心球復(fù)合材料是一種良好的減振降噪材料,具有良好的綜合性能。因其通過(guò)加工工藝、空心球的尺寸和壁厚的變化以及基體和球體材料的改變,使空心球復(fù)合材料的性能發(fā)生變化,這是實(shí)體材料所無(wú)法比擬的。此外它的性能數(shù)據(jù)不僅僅可應(yīng)用于特殊應(yīng)用的評(píng)估,通常也可用于建立數(shù)據(jù)庫(kù)幫助包含該種材料的多孔材料或元件的計(jì)算機(jī)輔助建模。然而,由于非金屬空心球與金屬基體材料界面結(jié)合能力較差,小尺寸金屬空心球制備困難,導(dǎo)致金屬基空心球復(fù)合材料的應(yīng)用受到限制。本課題參照恒壓鍛造理論,結(jié)合擴(kuò)散焊接連接技術(shù),主要研究了鈦合金在沖壓成型/擴(kuò)散焊接兩個(gè)成型步驟中,不同塑性變形量分配方案下的空心球制備技術(shù)和力學(xué)性能。研究結(jié)果證明:通過(guò)沖壓成型過(guò)程制備鈦合金空心半球過(guò)程中,由于供貨態(tài)TC4物相組成為α-Ti與β-Ti的雙相組織,板材抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到1212MPa,但由于材料微組織的不均勻分布,導(dǎo)致板材塑性變形能力不足,不足以實(shí)現(xiàn)小直徑空心半球沖壓成型過(guò)程;TA4板材為α-Ti單相組織,雖然密排六方晶體結(jié)構(gòu)限制了位錯(cuò)滑移,能夠以孿生變形的方式產(chǎn)生足夠的塑性變形量。由于沖壓過(guò)程中各部分受力狀態(tài)差異較大,導(dǎo)致沖壓速率對(duì)材料斷裂失效呈現(xiàn)比較明顯的影響,沖壓速率的降低可以為平衡沖壓成型的變形量分布不均提供時(shí)間,在沖壓速率從30mm/min降低到0.3mm/min過(guò)程中,TA4板材的斷裂時(shí)效位置從接近凹模邊緣的位置,移動(dòng)到與凸模對(duì)稱軸呈45°角的位置上,板材在試驗(yàn)設(shè)計(jì)條件下的極限變形量逐漸增加,最終在0.3mm/min試驗(yàn)條件下實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)沖壓變形量。鈦合金板材擴(kuò)散焊接工藝試驗(yàn)中,為在擴(kuò)散焊接過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)鈦合金熱塑性變形過(guò)程,將擴(kuò)散焊接保溫溫度設(shè)計(jì)為750℃,在擴(kuò)散焊接壓力為15MPa條件下研究保溫時(shí)間對(duì)焊縫位置元素?cái)U(kuò)散距離的影響,擴(kuò)散時(shí)間為2h條件下,探究擴(kuò)散焊接壓力對(duì)焊接界面缺陷形貌的影響。試驗(yàn)結(jié)果顯示,隨著擴(kuò)散時(shí)間的增加,元素在界面位置的擴(kuò)散距離隨之增加,焊接缺陷隨著擴(kuò)散焊接壓力的增加數(shù)量和尺寸均有所減小,在15MPa壓力條件下,750℃保溫2h,TA4-TA4板材之間獲得良好的擴(kuò)散焊接接頭,且試樣在焊接過(guò)程中厚度方向上不發(fā)生明顯的塑性變形。在過(guò)變形量沖壓成型(凸模沖壓位移約為2.5mm)-擴(kuò)散焊接試驗(yàn)中,獲得良好空心球圓整度的實(shí)驗(yàn)參數(shù)為焊接壓力15MPa,溫度750℃,保溫時(shí)間2h。該條件下擴(kuò)散焊接的鈦合金空心球軸向剖面較接近正圓,但半球之間的連接板材厚度的影響較為明顯,該部分連接板材在兩沖壓半球之間形成厚度約為1mm的圓柱面,在一定程度上影響了空心球的圓整度,而且沖壓成型過(guò)程中產(chǎn)生的變形圓角不能消除,導(dǎo)致鈦合金空心球力學(xué)性能方向性差異較大;在低變形量沖壓成型(凸模沖壓位移約為1.2mm)-擴(kuò)散焊接試驗(yàn)中,獲得良好圓整度鈦合金空心球的試驗(yàn)參數(shù)為25MPa,溫度750℃,保溫時(shí)間2h。相比于過(guò)變形量沖壓成型-擴(kuò)散焊接過(guò)程制備的空心球材料,通過(guò)低變形量沖壓成型-擴(kuò)散焊接工藝制備的鈦合金空心球圓整度更優(yōu)異,擴(kuò)散焊接過(guò)程中空心球連接板材發(fā)生明顯的塑性變形,較大的塑性變形量補(bǔ)充了沖壓成型變形量不足的缺陷,同時(shí)有效的消除了本就不很明顯的變形圓角,制備的鈦合金空心球壁厚方向上沒(méi)有宏觀焊接缺陷,焊縫對(duì)空心球整體力學(xué)性能的不利影響得到改善。
【圖文】：

金屬研究院的遲煜，

本文編號(hào)：2644984