Was ist die superplastische Umformung von Titanblechen?

Bleche aus Titanlegierungweisen bei Raumtemperatur eine geringe Plastizität auf und sind schwer zu formen. Herkömmliche Umformmethoden sind häufig mit Problemen wie komplexen Prozessen, hohen Kosten und der Schwierigkeit, die Präzision der Teile sicherzustellen, konfrontiert. Das Aufkommen der superplastischen Umformtechnologie für Titanlegierungsbleche hat diese Situation völlig verändert. Durch die Nutzung der außergewöhnlichen Plastizität von Materialien unter bestimmten Bedingungen ermöglicht es die integrierte Präzisionsformung komplexer Komponenten und eröffnet neue Wege für die breite Anwendung von Titanlegierungen.

I.Was ist das Grundprinzip der superplastischen Umformung?

Es nutzt die Eigenschaften von Metallmaterialien-„ultra-extra-hohe Dehnung, keine Einschnürung und geringe Fließspannung“-, die unter „spezifischen Temperatur- und spezifischen Dehnungsraten“-Bedingungen auftreten. Durch äußere Krafteinwirkung haftet das Material fest am Formhohlraum und erhält so Teile mit der gewünschten Form. Bei Blechen aus Titanlegierungen wird ihre Superplastizität normalerweise innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs (im Allgemeinen 0,5–0,7-fache der Rekristallisationstemperatur der Titanlegierung; beispielsweise wird Titanlegierung Gr 5 meist bei 850–950 Grad verwendet) und bei einer niedrigen Verformungsrate aktiviert. Die Dehnung des Materials kann von weniger als 20 % bei Raumtemperatur auf mehrere hundert oder sogar über tausend Prozent gesteigert werden, so dass ausreichend plastische Reserven für die Ausbildung komplexer Strukturen vorhanden sind.

II.Was sind die wichtigsten superplastischen Umformtechnologien?

Die superplastische Umformung von Titanlegierungsblechen konzentriert sich auf Luftdruckumformung, Vakuumumformung und Gesenkpressumformung. Jeder Prozess wird anhand seiner Merkmale an unterschiedliche Szenarien angepasst. Die Kerninformationen lauten wie folgt:

1. Luftdruckformung

Die am weitesten verbreitete Technologie verwendet Inertgase wie Argon als Kraftübertragungsmedium, um das superplastische Hochtemperatur-Titanlegierungsblech gegen die Form zu drücken. Es wird in zwei Typen unterteilt: Blasformen und Saugformen:

• Blasformen: Hochdruckgas drückt das Blech so, dass es in die Matrize passt. Dies eignet sich für komplexe gekrümmte Schalen wie Triebwerksgehäuse und Flugzeughäute.
• Saugformen: Unterdruckformen mit einfacher Ausrüstung und geringen Kosten, geeignet für die Massenproduktion kleiner und mittelgroßer dünnwandiger Teile.
• Kernvorteile: Gleichmäßige Kraftübertragung, Vermeidung lokaler Ausdünnungen/Risse, hohe Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit der Teile sowie einfache und langlebige Formen.

2. Vakuumformen

Eine optimierte Version der Luftdruckformung, bei der ein Hochvakuum-Unterdruck als Kraft zum Formen des Blechs durch den Druckunterschied auf beiden Seiten des Blechs verwendet wird, mit einem Druck kleiner oder gleich 0,1 MPa:

• Anwendungsszenarien: Dünnwandige einfache Strukturteile wie Antennenreflektoren von Raumfahrzeugen und medizinische Präzisionskomponenten;
• Kernvorteile: Schonende Umformung mit geringer Materialschädigung und geringem Anlagenaufwand; Vakuum verhindert Hochtemperaturoxidation, um mechanische Eigenschaften sicherzustellen; kann mit Diffusionsschweißen kombiniert werden, um eine integrierte „umformende Verbindung“ zu erreichen (z. B. mehrschichtige Wabenstrukturteile).

3. Formpressen

Das Blech wird durch direkten Druck der oberen und unteren Form verformt, häufig in Kombination mit der isothermen Umformtechnologie (Form und Blech haben die gleiche Temperatur), um Fehler zu reduzieren:

• Anwendungsszenarien: Massenproduktion komplexer/großer {{0}großer-Präzisionsteile wie große Flugzeugrahmen und Raketenkörper;
• Kernvorteile: Schnelle Umformung und hohe Effizienz, Fähigkeit zur Realisierung komplexer Strukturen wie Vorsprünge und Rippen; Isothermische Technologie verhindert ungleichmäßige Verformung und innere Spannungen;
• Hinweise: Hohe Anforderungen an Formmaterial und Präzision, was zu hohen Herstellungskosten führt.