超塑成形是一种低成本、高效益、近无余量的成形工艺，拥有有效降低结构沉量、提高结构的齐全性和承载效能的利益，在航空航天领域得到宽泛利用[1–2]。

TA32合金是在TA12 合金基础上进行成分改进而得到的一种新型近α 型钛合金，名义成分为Ti–5.5A1–3.5Sn–3.0Zr–0.7Mo–0.3Si–0.4Nb–0.4Ta[3]。该合金在550 ℃拥有优良的综合机能，在低于550 ℃的环境可长功夫使用，短时使用温度可达600 ℃，在超音速飞行器和航空发起机中拥有宽泛的利用远景。目前国内已针对TA32合金板材发展了热变形行为的钻研[4–7]，但超塑成形有关的钻研较少[8–9]。

在本钻研中，通过单向超塑拉伸试验钻研变形工艺参数（应变速度、变形温度）对TA32 合金超塑性的影响法规，获得最大超塑延长率的工艺参数。通过锥形件的超塑胀形，钻研平面应力变形前提下TA32 合金的变形特点和微观组织演变法规，为结构件的工艺设计提供参考。

1、试验资料及步骤

1.1　试验资料

试验所用资料为宝钛集团提供的1.5 mm 厚退火态TA32钛合金板，板材的原始显微组织如图1 所示，由白色等轴α 和玄色β 相组成，β 相呈等轴状或长条状，均匀晶粒尺寸幼于5 μm。

1.2　试验步骤

（1）单向超塑拉伸试验。

利用线切割加工出如图2 所示的拉伸试样，试样表表经除油处置和砂纸研磨，保障表表平坦、无裂纹。

试样标距表表均匀涂抹抗氧化涂料。超塑拉伸试验在SANS–CMT4104 型微机节造电子全能试验机上进行，试样加热选取电阻炉，工作区的温度误差≤ ±5 ℃。超塑拉伸时，拉伸试样加热到温后保温5 min，以保障试样温度散布均匀，而后进行恒应变速度单向超塑拉伸，试验过程中通过横梁位移来推算试样变形。拔取的超塑拉伸温度为920 ℃、940 ℃、960 ℃、980 ℃，应变速度为5.0×10^–5 s^–1、1.0×10^–4 s^–1、1.0×10^–3 s^–1。

（2）锥形件超塑胀形试验。

板材下料尺寸为180mm×180 mm，板料高低表表均匀喷涂止焊剂。锥形件超塑胀形试验在专用的胀形模具中进行，如图3 所示。试验时，先将板材搁置在高低模中央，并加热模具，当温度达到200 ℃时，模具中参与0.02 MPa ；て，当模具温度达到指标温度，上模通入氩气使板料起头胀形，胀形过程当选取匀速陆续加压，加压速度为0.02 Pa/min，直至零件吹破为止。拔取成形温度为920 ℃、940 ℃、960 ℃、980 ℃。取出零件后，从锥形件分歧地位取样，选取OLYMPUS BX41M 金相显微镜对显微组织进行观察分析。

2、了局及会商

2.1　应力应变曲线

图4 为一样应变速度分歧变形温度的拉伸真应力–应变曲线，能够看出曲线出现出显著的加工硬化变形特点，在所有变形前提领域内应力均随着应变的增长而增长，当变形大于峰值应变后，应力迅速减幼，产生断裂。原因是恒应变速度拉伸过程中随着变形量的增长，横梁的移动速度增长，资料产活泼态再结晶软化的速度幼于加工硬化的速度。然而，选取恒速度超塑拉伸的曲线特点则与恒应变速度的相反，峰值应变通常较幼，变形持续增长时则产生软化，即应力随着应变的增长而减幼，应变速度逐步减幼。由此能够揣度，动态再结晶的软化作用取决于变形汗青。

图5 为应变速度对真应力– 应变曲线的影响，可见，除960 ℃之表，其他3 个温度变形时，应变速度为1×10^–4 s^–1 和5×10^–5 s^–1 的应力– 应变曲线险些沉合，批注低应变速度前提下应变速度对流变应力的影响较幼。

2.2　超塑延长率

图6 为分歧参数前提下的超塑延长率，由图6（a）可知，在统一变形温度下，超塑性分为两种类型，变形温度为920 ℃和940 ℃时，超塑延长率均随应变速度的增长而增长，在应变速度为1×10^–3 s^–1 时最高，别离为864% 和862%；而变形温度为960 ℃和980 ℃时，超塑延长率随应变速度的增长先降低后缓慢增长，在应变速度为5×10^–5 s^–1 时最高，别离为554% 和387%。由图6（b）可知，在统一应变速度下，超塑延长率随着温度的升高先增长后降低，变形温度为940 ℃时最高，变形温度为980 ℃时，超塑延长率最低，均幼于400%。因而，选取单向超塑拉伸时，温度920~940 ℃和高应变速度1×10^–3 s^–1时为最佳变形前提，变形温度不宜超过980 ℃。

2.3　锥形件超塑胀形

图7 为锥形件超塑胀形后的了局，可知锥形件超塑胀形后表观质量优良，失效地位均位于变形量最大的锥顶。

对分歧温度前提下锥形件的胀破压力和高度进行比力（图8），由图8（a）可见，随着变形温度的增长，锥形件胀破压力逐步减幼，温度为960 ℃和980 ℃时根基一样，均为0.6 MPa，温度为920 ℃和940 ℃别离为1.1MPa 和1.0 MPa。然而，分歧温度下的锥形件的高度差距较大，在940 ℃和960 ℃时，锥形件的高度较高，别离为90 mm 和92 mm，该了局对结构件的工艺设计拥有很沉要的参考价值。由图8（c）可见，4 个温度前提下试件贴模后的壁厚变动呈线性减薄，靠近锥顶地位未贴膜，壁厚减薄呈抛物线变动。

图9 为锥形件在940 ℃和980 ℃成形后分歧地位的微观组织，其中A1~A4 变形量逐步增大？杉，统一变形温度下经过分歧变形量变形后的微观组织变动并不显著，均为藐幼等轴晶粒，且随着变形温度的升高，晶粒逐步粗化，940 ℃和980 ℃成形后的均匀晶粒尺寸别离约为9μm 和11μm。

3、结论

（1）在920~960 ℃、应变速度1×10^–3~5×10^–5 s^–1 前提下，TA32钛合金板材拥有优良的超塑性，选取单向超塑拉伸时，温度920~940 ℃和高应变速度1×10^–3 s^–1 时为最佳变形前提。

（2）随着变形温度的增长，锥形件胀破压力逐步减幼，在960 ℃和980 ℃时最幼，为0.6 MPa；在940 ℃和960 ℃时，锥形件的高度较高，别离为90 mm 和92 mm；经过分歧变形量的变形后的微观组织变动并不显著，该了局为结构件的工艺设计提供参考。

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通讯作者：周丽娜，工程师，硕士，钻研方向为金属成形技术。