一種鈦合金型材拉彎成形并原位熱處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬成形加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種鈦合金型材拉彎成形并原位熱處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]型材零件是構(gòu)成飛機(jī)主承力框架的重要結(jié)構(gòu)件，其成形質(zhì)量直接關(guān)系到飛機(jī)的裝配精度、整機(jī)氣動(dòng)外形、使用壽命，成為影響飛機(jī)研制及保證飛機(jī)整體服役性能的技術(shù)關(guān)鍵，也是影響飛機(jī)制造周期、成本和效益的主要因素之一。
[0003]下面介紹現(xiàn)有常用的型材零件成形技術(shù):
[0004]1、型材電熱拉彎成形技術(shù)
[0005]鈦合金在室溫條件下塑性較差，通過(guò)提升溫度使其塑性增加，采用自阻加熱方法，通過(guò)低壓大電流使型材自身加熱，是鈦合金型材拉彎成形的重要且有效的措施之一。鈦合金型材電熱拉彎成形工藝是利用鈦合金導(dǎo)熱性能低、電阻系數(shù)大的特性，在型材坯料彎曲成形過(guò)程中持續(xù)通過(guò)較大的電流，利用該段型材坯料自身電阻產(chǎn)生的焦耳熱進(jìn)行加熱，加熱到成形溫度并帶電拉彎成形的工藝。能夠較好地解決鈦合金型材室溫塑性差難成形的技術(shù)難點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于軍事戰(zhàn)車、軍用船舶、飛行器上的框、緣條等結(jié)構(gòu)零件的彎曲成形。國(guó)內(nèi)在90年代開(kāi)始研宄自阻加熱拉彎成形技術(shù)，采用工藝路線主要為:坯料通電加熱、到溫?cái)嚯?、拉?拉彎+拉伸、熱校形、卸載。美國(guó)Cyril Bath公司為滿足波音公司復(fù)合材料機(jī)身鈦合金框梁零件的需求，與鈦合金制造商RTI國(guó)際金屬公司合作開(kāi)發(fā)鈦合金電熱拉彎設(shè)備，在波音公司787飛機(jī)上取得實(shí)際工程應(yīng)用。
[0006]2、鈦合金型材自阻加熱拉彎成形與熱蠕變技術(shù)
[0007]申請(qǐng)?zhí)枮?01210303645.3的專利申請(qǐng)文件公開(kāi)了一種型材熱拉彎蠕變復(fù)合成形系統(tǒng)及其使用方法。采用自阻加熱系統(tǒng)對(duì)型材進(jìn)行加熱，直至型材溫度達(dá)到預(yù)設(shè)的拉彎成形溫度值，經(jīng)過(guò)預(yù)拉、包覆、補(bǔ)拉過(guò)程完成拉彎成形，再采用安裝于拉彎?rùn)C(jī)平臺(tái)上的加熱箱使型材保持蠕變溫度，完成蠕變過(guò)程。
[0008]上述技術(shù)方案在實(shí)際運(yùn)用中，工藝經(jīng)歷多次熱循環(huán)，容易造成型材強(qiáng)度低于母材，難以滿足性能要求。若采用鈦合金型材電熱拉彎成形后再在加熱爐內(nèi)熱處理提高強(qiáng)度的工藝，為防止熱處理變形，型材電熱拉彎成形后的零件需要通過(guò)復(fù)雜的專用夾具夾持住，工裝還必須能夠提供巨大的合模力，將夾具與零件一起放置在加熱爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，工藝過(guò)程復(fù)雜，且專用工裝復(fù)雜且僅能提供合模壓力，變形控制效果不明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種鈦合金型材拉彎成形并原位熱處理方法，解決實(shí)際生產(chǎn)中型材貼模困難且強(qiáng)度降低的問(wèn)題。通過(guò)自阻加熱的方式，在拉彎模具內(nèi)進(jìn)行鈦合金型材拉彎成形，固溶淬火時(shí)型材仍然在拉彎模具內(nèi)。冷卻淬火后在均溫爐輔助下通過(guò)時(shí)效強(qiáng)化調(diào)控鈦合金型材強(qiáng)度，使獲得的零件達(dá)到性能要求。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種鈦合金型材拉彎成形并原位熱處理方法，該方法包括:
[0011]在型材坯料表面涂抹防氧化陶瓷涂層；
[0012]開(kāi)啟均溫爐，使所述均溫爐升溫至第一溫度；
[0013]通過(guò)固定部件將型材兩端固定；
[0014]對(duì)型材加熱，溫度升至第一溫度，在所述均溫爐的作用下，使型材的溫度穩(wěn)定在第一溫度允許范圍；
[0015]在第一溫度允許范圍內(nèi)，按照固定部件在拉彎模具上的運(yùn)動(dòng)軌跡，將型材拉彎成形至貼模，并保持拉彎成形過(guò)程中補(bǔ)拉量不變；
[0016]在所述拉彎模具端輸入保護(hù)氣體，使得型材的加熱段處于氣體保護(hù)狀態(tài)下；
[0017]對(duì)型材進(jìn)一步加熱，升溫至第二溫度，并使型材的溫度在固溶時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定在第二溫度允許范圍；
[0018]在第二溫度允許范圍內(nèi)，將靠模與所述拉彎模具合模；
[0019]固溶完成后，對(duì)型材進(jìn)行強(qiáng)制冷卻淬火至室溫，在淬火過(guò)程中，使型材在靠模與拉彎模具合模后的腔體內(nèi)處于模具約束狀態(tài)；同時(shí)，關(guān)閉保護(hù)氣體；
[0020]調(diào)節(jié)均溫爐的溫度為第三溫度；
[0021]在保持補(bǔ)拉量的狀態(tài)下，將腔體內(nèi)的型材調(diào)溫至第三溫度，在所述均溫爐的作用下，使型材的溫度在時(shí)效時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定在第三溫度允許范圍；
[0022]達(dá)到時(shí)效時(shí)間段后，腔體內(nèi)的型材自然冷卻至室溫，獲得鈦合金型材零件。
[0023]優(yōu)選地，該方法在所述調(diào)節(jié)均溫爐的溫度為第三溫度的步驟之前還包括:
[0024]對(duì)腔體內(nèi)的型材加熱，溫度升至第一溫度，在第一溫度允許范圍內(nèi)對(duì)型件進(jìn)行補(bǔ)拉；同時(shí)，保持補(bǔ)拉時(shí)的變形量不變。
[0025]優(yōu)選地，所述第一溫度的范圍為:500°C?700°C。
[0026]優(yōu)選地，所述第二溫度的范圍為920°C?950°C。
[0027]優(yōu)選地，所述第三溫度的范圍為480°C?600°C。
[0028]優(yōu)選地，所述升溫的方法為電流自阻加熱。
[0029]優(yōu)選地，所述固定部件為夾鉗。
[0030]上述技術(shù)方案具有如下有益效果:本技術(shù)方案與原工藝相比，在工裝角度方面，減少了加熱爐內(nèi)防止熱處理變形使用的專用工裝模具，提高了型材本身的加熱效率，提高了能量利用率；型材零件方面，既保證了成形精度又調(diào)控了性能。
【附圖說(shuō)明】
[0031]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1為本發(fā)明提出的一種鈦合金型材拉彎成形并原位熱處理方法流程圖之一；
[0033]圖2為本發(fā)明提出的一種鈦合金型材拉彎成形并原位熱處理方法流程圖之二 ；
[0034]圖3為本實(shí)施例的鈦合金型材固溶示意圖；
[0035]圖4為為本實(shí)施例鈦合金型材冷卻示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0037]本技術(shù)方案的工作原理為:本技術(shù)方案分為至少包括三個(gè)階段:型材電熱拉彎成形、電熱固溶處理、電熱時(shí)效處理。為有效控制零件的形狀尺寸變化，還可以在電熱時(shí)效處理之前進(jìn)行補(bǔ)拉。在型材電熱拉彎成形過(guò)程中，本技術(shù)方案基于成形模具進(jìn)行原位熱處理，取消了傳統(tǒng)工藝中的移爐工序，不需要配置專用熱處理時(shí)效爐，通過(guò)輔助均溫爐(起保溫作用)解決均溫問(wèn)題。在型材電熱拉彎成形階段、電熱固溶處理階段，采用電流自阻加熱為升溫方式，以均溫爐起到保溫均溫作用，與傳統(tǒng)爐內(nèi)輻射加熱方式相比，既顯著提升加熱效率及降低了能耗，又能保證溫度的均勻性在允許值范圍內(nèi)。
[0038]基于上述工作原理，本發(fā)明提出一種鈦合金型材拉彎成形并原位熱處理方法。如圖1所示。該方法包括:
[0039]步驟101):在型材坯料表面涂抹防氧化陶瓷涂層；
[0040]步驟102):開(kāi)啟均溫爐，使所述均溫爐升溫至第一溫度Tl ;
[0041]步驟103):通過(guò)固定部件將型材兩端固定；
[0042]步驟104):對(duì)型材加熱，溫度升至第一溫度Tl，在所述均溫爐的作用下，使型材的溫度穩(wěn)定在第一溫度Tl允許范圍內(nèi)；
[0043]步驟105):在第一溫度Tl允許范圍內(nèi)，按照固定部件在拉彎模具上的運(yùn)動(dòng)軌跡，將型材拉彎成形至貼模，并保持拉彎成形過(guò)程中補(bǔ)拉量不變；
[0044]步驟106):在所述拉彎模具端輸入保護(hù)氣體，使得型材的加熱段處于氣體保護(hù)狀態(tài)下；
[0045]步驟107):對(duì)型材進(jìn)一步加熱，升溫至第二溫度T2，并使型材的溫度在固溶時(shí)間段內(nèi)穩(wěn)定在第