【摘 要】
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超塑成形/扩散连接（Superplastic forming/Diffusion bonding,SPF/DB）成形Ti2Al Nb复杂薄壁零件广泛应用于航空航天领域,对于SPF/DB成形Ti2Al Nb复杂薄壁零件的热处理变形问题是研究的重点和难点。热处理变形调控的主要方式是采用热处理工装防止工件变形,但工件在热处理过程中热应力应变分布与众多因素有关,仅通过实验法和经验对SPF/DB成形Ti2A
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超塑成形/扩散连接（Superplastic forming/Diffusion bonding,SPF/DB）成形Ti2Al Nb复杂薄壁零件广泛应用于航空航天领域,对于SPF/DB成形Ti2Al Nb复杂薄壁零件的热处理变形问题是研究的重点和难点。热处理变形调控的主要方式是采用热处理工装防止工件变形,但工件在热处理过程中热应力应变分布与众多因素有关,仅通过实验法和经验对SPF/DB成形Ti2Al Nb复杂薄壁零件进行热处理工装设计达不到好的效果,因此采用计算机模拟SPF/DB成形Ti2Al Nb复杂薄壁零件高压气淬过程的温度场及热应力应变场对于研究和实际应用有重要意义。本文运用Ansys软件建立了包括Ti2Al Nb结构件和高压气淬炉的整体温度场模型,并通过SPF/DB成形Ti2Al Nb试验件高压气淬实验验证了温度场模型精度。在试验件模拟的基础上,建立SPF/DB成形Ti2Al Nb复杂薄壁零件方向舵和热防护的高压气淬模型,研究高压气淬过程中Ti2Al Nb实体零件温度场和应力场分布规律。以SPF/DB成形Ti2Al Nb薄壁件高压气淬过程为研究对象,在Ansys平台上对高压气淬过程工件温度场及应力应变场研究。对真空高压气淬炉进行结构和工作原理分析,运用多孔介质和用户自定义（User-Defined Function,UDF）子程序简化换热器,运用滑移网格和Dynamic mesh分别简化风机和控气阀门,建立了包括高压气淬炉和工件在内的高压气淬整体模型。开展了空炉充气实验和试验件固溶时效热处理实验。空炉充气过程所用时间较短,与理论计算一致,模型中可忽略充气阶段。进行了试验件的固溶时效热处理实验,对比炉温监测点处实验和模拟降温曲线,得到实验和模拟降温曲线趋势相同,模型精度在可接受范围内,并分析了误差产生的原因。采用建立的高压气淬模型对SPF/DB成形试验件进行分析,研究高压气淬过程中试验件温度场影响因素。试验件温度场分布与高压气淬炉内流场、温度场和工件形状及体积有关,而炉体结构会影响炉内流场和温度场。气淬结束后,试验件温度约120℃,与实际温度相差约50℃。一字筋试验件右侧降温比左侧快,十字筋试验件边部降温比心部快,这与工件心部能否与冷却气体换热有关。随着气淬压力的增大,炉内冷却气体密度增加,试验件降温加快。采用所建立的模型对SPF/DB成形Ti2Al Nb复杂薄壁零件方向舵和热防护进行温度场模拟,气淬结束时方向舵温度约150℃,热防护由于体积较大,温度约200℃。气淬过程中,方向舵温差呈双峰值分布,第一个峰值为边部和心部的最大温差,第二个峰值为薄部和厚部的最大温差,为170℃。热防护温差一直存在于心部和边部,且温差较大,最大温差约310℃。采用Transient Structural模块,对高压气淬过程中试验件应力应变场进行模拟。应力应变场受温度场影响,温差越大,热应力越大。因此,十字筋试验件比一字筋试验件热应力大,热防护比方向舵热应力大。试验件和实体零件最大热应力均未超过屈服极限,最大为350 MPa,属于弹性变形。对比试验件热处理前后平面度,可得高压气淬过程中试验件变形量很小,与模拟结果一致。
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