国家标准计划《钛合金板材超塑成形和扩散连接 工艺规范》由 TC74(全国锻压标准化技术委员会)归口 ,主管部门为国家标准委。
主要起草单位 中国航空制造技术研究院 、中国机械总院集团北京机电研究所有限公司 、中国航天科工集团第三研究院第一五九厂 、西北有色金属研究院 、哈尔滨工业大学 、宝钛集团有限公司等 。
77 冶金 |
77.120 有色金属 |
77.120.50 钛和钛合金 |
超塑成形/扩散连接技术(SPF/DB)是将超塑成形与扩散连接相结合用于制造高精度大型零件的一种先进的近无余量的整体结构件制造技术,是《中国制造2025》、“十四五”规划重点推进的航空航天领域的重要关键技术。
与传统制造工艺相比,超塑成形/扩散连接件具有结构重量轻、成本低、整体性好、成形质量高等优点,能够大大提高构件的结构效率及设计自由度。
随着工艺基础研究更加深入,生产技术装备和能力得到更大提升,制造成本不断降低,SPF/DB技术的应用领域已从飞机制造拓展到航空航天发动机和其他制造领域;应用范围也从次承力构件发展到主承力构件;结构形式从单层SPF构件发展到SPF/DB双层板、三层板及四层板等,构件尺寸越来越大,形状越来越复杂。
SPF/DB工艺由于其近乎母材的焊接性能、优异的变形性能和材质性能,正在逐步由军用领域向民用领域扩展,已应用在民用发动机、飞机、汽车、高铁、船舶、化工等众多民用领域,并且在汽车零部件生产、工艺品制造、仪器仪表壳罩件和一些复杂形状构件的生产中起到了不可替代的作用。
而钛合金材料由于其自身的优势,比强度高、耐蚀性好、热稳定性好、良好的超塑性等,在SPF/DB工艺中应用最广泛和成熟。
钛合金板材SPF/DB工艺在各个领域,尤其在航空航天领域,已经进入大规模工程化应用的阶段,形成了完整的产业链和较大的产业规模。
但是,目前在各行业存在SPF/DB技术水平参差不齐、产品质量不稳定、生产成本高、验收不统一的问题,严重制约了产业的整体性与规范性发展。
国外经过数十年的发展和应用,其标准体系较成熟完善,但由于其标准多数掌握在波音、空客、NASA等大企业或政府部门手中,对外尤其是对我国进行技术封锁,很难查询借鉴。
国内虽然有部分企业制定了自己的企业标准,但标准构成远非完善,应用范围有限,规范差异较大。
为了驱使国内相关产业实现规模和效益的进一步提升,亟需在国家标准层面制定相关标准,综合考虑各行业的工艺要求和应用需求,规范钛合金板材超塑成形/扩散连接件的生产制造,破除不利于SPF/DB工艺的应用推广和技术提升的行业障碍,扩展该工艺的适用性和通用性,提高规范性,有助于该技术在民用航空、航天、汽车、高铁等领域继续推广,提高生产效率与质量稳定性,降低生产成本,引领行业发展。
2022年已经立项《钛合金板材超塑成形和扩散连接件 通用技术规范(计划号:20221028-T-469)》标准,本标准是对通用技术规范的有力支撑,通过科学管理和规范超塑成形和扩散连接过程来保障生产出的产品质量符合验收要求。
两项标准配套使用,全面指导超塑成形/扩散连接件的设计、生产、验收、贸易等活动,完善超塑成形和扩散连接这一先进工艺的标准体系,通过标准的引领作用推动这一先进技术由军用领域向民用领域扩展,推动军用领域的先进成果向民用领域转化,符合《中国制造2025》、《装备制造业标准化和质量提升规划》中提出的军民融合、统筹发展的要求。
本标准的制定符合《装备制造业标准化和质量提升规划》提出的“加快先进基础工艺领域急需标准制定”的立项重点,属于《国家工业基础标准体系建设指南》中重点任务规定的先进高效锻压工艺标准,属于《2023年国家标准立项指南》中重点支持的“高端装备制造领域”。
将首次统一不同行业间超塑成形/扩散连接工艺的人员、环境、材料、设备与工装、安全与防护要求,明确工艺流程和工艺参数选择,对工艺准备、加热升温、超塑成形/扩散连接、冷却与出炉、表面处理、检验等工艺过程环节进行控制,为不同行业间制定相关质量管理内容提供了统一依据,规范了超塑成形/扩散连接件的设计和生产,提高了生产效率、降低了生产成本,保证了产品质量的稳定性和一致性,有利于超塑成形/扩散连接件生产的规模化和产业化,促进行业健康发展。
本文件规定了钛合金板材超塑成形和扩散连接工艺对人员、环境、材料、设备与工装、安全与防护的要求,给出了超塑成形/扩散连接工艺的典型结构形式,确立了工艺流程,规定了工艺参数选择、工艺过程、力学性能,以及标志、包装、运输及储存。 本文件适用于TC4、TA15、TA32和TB5钛合金板材超塑成形和扩散连接件的制造,其他钛合金板材的制造参照使用。 预研情况:2022年1月在全国锻压标准化技术委员会的组织下,成立了由中国航空制造技术研究院、中国机械总院集团北京机电研究所有限公司、中国航天科工集团第三研究院第一五九厂、西北有色金属研究院、哈尔滨工业大学、宝钛集团有限公司等单位的技术人员组成的标准工作组。工作组经讨论后认为,本标准应紧密结合国内外钛合金板材超塑成形/扩散连接技术研究成果及国内钛合金锻压产业现状进行编写。工作组根据多年生产实践积累的经验和技术资料,研究确定了本标准的框架,并于2023年3月完成了标准草案。