纯钛强度低,塑性好,可以在室温条件下变薄旋压成形。在选择TA2板材卷焊管坯变薄旋压时发现,基体累计减薄率为60%,成形较好,纵缝变薄率为10%时有裂纹出现,当选择450℃加热变薄旋压时,累计减薄率约为50%,纵焊缝铸态组织显著细化,其组织和性能与基体相当,当累计减薄率为70%时,纵焊缝仍有很好的可旋性。
钛合金属于难加工材料,用其他方法成形钛合金零件困难,采用热旋压成形效果良好。为了保证有些合金性能达到特定要求,在旋压后,钛合金需进行固溶和时效处理。用于旋压成形的钛合金有TB2、Ti75、5523、TC4、Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al、T153等,其典型旋压零件见表6-11.
钛合金锻坯如果晶粒粗大,不利于旋压变形,易有裂纹出现;锻坯经充分均匀变形,晶粒适度细化是旋压成形的基础。旋压坯料的晶粒适量细化,可以控制一定减薄率的冷旋成形,旋压变形与热处理有机结合,可提高力学性能。偏高的热旋温度不易细化组织,冷旋可充分细化组织,并获得良好的综合性能。
直径ф200mm的TB2钛合金管材热旋累计减薄率50%,三道次的扩径量约0.50mm;冷旋累计减薄率50%,两道次的扩径量约1.0mm,冷旋扩径量明显大于热旋。扩径导致较大椭圆度,相同的旋压道次减薄率,热旋椭圆度约0.3mm,冷旋椭圆度约0.6mm.热旋工件几何尺寸精度优于冷旋。
TB2钛合金椭球封头在700~800℃之间剪切旋压时,抗拉强度是室温的1/10.TC3的热旋温度与TB2相当,由平板旋压扩散筒热旋温度在750~850℃之间。TC4热旋温度高达近1000℃.
旋压加工钛合金零件规格较多,钛合金热旋温度和减薄率各异,不同钛合金热旋温度和减薄率见表6-12.
钛合金除室温与加热旋压外,在成形工艺方面,还可以强旋与普旋结合,采用复合旋压成形零件。如曲母段旋压成形工艺可以采用强旋+普旋预成形-第一次强旋成形一最终强旋成形工艺,成形过程如图6-45所示。
国外旋压技术已很成熟,美国采用立式旋压机用于导弹的φ1534mm钛合金封头旋压,每个封头的旋压时间为5min.钛合金喷管在750~850℃可一道次旋压成形,壁厚加工精度可达±0.025mm.随着制造成本的降低,国内钛合金旋压应用范围不断扩大,特别是加热旋压工艺的不断优化与完善,使钛合金零件旋压系列化、批量化生产向深入发展。