航空大型钛框等温局部锻造材料流动规律、缺陷分析及组织预测

魏 科，马 庆，唐海兵，王高潮

（南昌航空大学航空制造工程学院，江西 南昌 330063）

航空航天高端产业的蓬勃发展对其关键承力构件的高性能、轻量化和高可靠性的要求日益严苛，构件通常采用大尺寸框梁形状的轻量高效整体结构，在材料上优先选取钛合金等轻质高强材料[1-2]。这种大型钛框整体构件的结构形式在保证强度和刚度的同时可减轻飞机机体重量，如今在航空航天领域中的应用日益增加[3-4]。例如，美国F22战机机身结构框的投影面积超过5 m2[4]，如图1（a）所示；我国也在8万t巨型液压机上生产出了歼20机身承力结构框[5]，如图1（b）所示。

图1 航空大型钛框构件Fig.1 Aeronautical large-scale titanium alloy bulkhead components

新一代飞机广泛采用了大型复杂整体结构，构件尺寸越来越大，结构形状也越来越复杂，使得成形载荷的升级不断挑战设备成形能力的提升[6]。哈尔滨工业大学王仲仁教授提出虽然锻件尺寸在不断增大，强度指标也在不断增加，但其生产并不能完全依靠增加设备吨位，即“以大干大”来实现[7]。另外，大型整体模具在非常高的接触应力下工作时，寿命将大为缩短，锻件的制造成本也不断提高[8]。大量实践证实了通过加快大型设备的研制来提高吨位，以此生产出大型构件已不再是仅有方式[7]，发展省力近净成形的新方法对于实现航空大型钛框构件的精确塑性成形显得尤为重要。

等温局部锻造将等温成形和局部锻造的优势相结合，是一种先进、柔性的塑性成形技术[9-10]，加载过程如图2所示。等温成形可避免常规热变形时模具对工件温度的激冷效应，可大幅减小金属的变形抗力，提高其塑性；……