TA18 鈦(tai)合(he)金(jin)是從(cong) TC4 鈦(tai)合(he)金(jin)演(yan)變(bian)而來的(de)低鋁(lv)當量近(jin) α 型的(de)鈦(tai)合(he)金(jin)，其名義成分為 Ti-3Al-2.5V。TA18 鈦(tai)合(he)金(jin)在室溫(wen)和(he)高溫(wen)下強度比純鈦(tai)高 20～50%，它不(bu)僅(jin)具(ju)有良好的(de)室溫(wen)、高溫(wen)機械(xie)性能(neng)和(he)耐蝕性能(neng)，而且具(ju)有優異(yi)的(de)冷、 熱加工(gong)工(gong)藝塑性、成形性和(he)焊接性能(neng)。該合(he)金(jin)對缺(que)口不(bu)敏感，具(ju)有良好的(de)抗蝕性，因(yin)此成為航空航天管路系統(tong)的(de)首選材(cai)料。

TA18 鈦合金的(de)(de)強(qiang)化途(tu)徑主要是通過(guo)冷加工(gong)變形(xing)。冷加工(gong)后，通過(guo)不(bu)同(tong)的(de)(de)熱(re)處(chu)理制度，可使(shi)管(guan)(guan)(guan)材達到不(bu)同(tong)的(de)(de)強(qiang)度水平。最常用的(de)(de)有退火(huo)態(tai)(tai)中強(qiang)級（Rp0.2≥620MPa）和去(qu)應(ying)力(li)退火(huo)態(tai)(tai)高強(qiang)級（Rp0.2≥860MPa）兩種典型代表。其中，退火(huo)態(tai)(tai)中強(qiang)級管(guan)(guan)(guan)材主要用于(yu)發動機管(guan)(guan)(guan)路(lu)系(xi)統，去(qu)應(ying)力(li)退火(huo)態(tai)(tai)高強(qiang)級管(guan)(guan)(guan)材主要用于(yu)飛機液(ye)壓等管(guan)(guan)(guan)路(lu)系(xi)統。

航空航天飛行器(qi)(qi)的管(guan)(guan)路系(xi)統(tong)是飛行器(qi)(qi)的生(sheng)命線，主要包括燃(ran)油管(guan)(guan)路、液壓油管(guan)(guan)路、滑油管(guan)(guan)路、氣源管(guan)(guan)路、壓縮(suo)空氣管(guan)(guan)路、引射水(shui)管(guan)(guan)路等(deng)。其數量(liang)(liang)繁多、結構形(xing)狀復雜，加工質量(liang)(liang)直接影響其連接的精(jing)確度(du)和穩定性。一直以來(lai)管(guan)(guan)材在(zai)彎曲(qu)成形(xing)中經常出現(xian)各(ge)種缺(que)陷(xian)，如(ru)：彎管(guan)(guan)截面(mian)變形(xing)、起皺、彎管(guan)(guan)變薄、彎曲(qu)回彈等(deng)，這不僅影響了產(chan)品質量(liang)(liang)及生(sheng)產(chan)裝(zhuang)配進度(du)，還給(gei)飛行器(qi)(qi)實現(xian)系(xi)統(tong)功能帶來(lai)安全(quan)隱患。

管(guan)路系統的可靠(kao)性(xing)(xing)和(he)持久性(xing)(xing)是(shi)滿足(zu)適航要求、保障飛行安全(quan)和(he)降低維修成(cheng)(cheng)本(ben)的重要因(yin)素(su)，因(yin)此(ci)提高管(guan)材的彎曲成(cheng)(cheng)形技術水平對提高飛機性(xing)(xing)能是(shi)非常重要的。

國內外應用現狀

國外應用現狀

TA18 高強鈦(tai)管用(yong)(yong)(yong)于(yu)液(ye)壓(ya)管路(lu)系統(tong)(tong)，不僅能夠滿(man)足較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)強度要求(qiu)，還能滿(man)足航(hang)(hang)空(kong)航(hang)(hang)天(tian)等(deng)(deng)領(ling)域對(dui)構件(jian)輕量化(hua)的(de)(de)(de)(de)需求(qiu)，因此(ci)在(zai)國外早已得到(dao)重視(shi)和廣(guang)(guang)泛(fan)應用(yong)(yong)(yong)。20 世紀(ji)中(zhong) 期，美國為飛機(ji)(ji)管路(lu)液(ye)壓(ya)系統(tong)(tong)開發了 TA18 鈦(tai)合(he)(he)金(jin)，采用(yong)(yong)(yong)該合(he)(he)金(jin)制備(bei)的(de)(de)(de)(de)管材已在(zai) F-14A、F-15、B-1 和波(bo)音 747、757、767 等(deng)(deng)飛機(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)液(ye)壓(ya)、燃油管路(lu)系統(tong)(tong)中(zhong)推(tui)廣(guang)(guang)應用(yong)(yong)(yong)。世界(jie)各大航(hang)(hang)空(kong)公司，如波(bo)音、通用(yong)(yong)(yong)、麥(mai)道、普惠、羅(luo)羅(luo)、空(kong)客等(deng)(deng)，其軍用(yong)(yong)(yong)飛機(ji)(ji)和商(shang)用(yong)(yong)(yong)客機(ji)(ji)等(deng)(deng)運輸工具上也大量使用(yong)(yong)(yong) TA18 鈦(tai)合(he)(he)金(jin)管材。目前，TA18 鈦(tai)合(he)(he)金(jin)已被廣(guang)(guang)泛(fan)應用(yong)(yong)(yong)于(yu)西方許多國家(jia)的(de)(de)(de)(de)軍事工程中(zhong)管件(jian)部分（包括直升機(ji)(ji)），成為軍機(ji)(ji)和民(min)機(ji)(ji)管路(lu)系統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)首選材料。

國內應用現狀

20 世紀 70 年代(dai)中(zhong)期，以西(xi)北有(you)色金(jin)(jin)屬研(yan)(yan)(yan)究(jiu)院為(wei)首的(de)相關(guan)單位開始對中(zhong)強(qiang)級(ji) TA18 鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)進行(xing)深入地研(yan)(yan)(yan)究(jiu)，并在(zai)航空航天(tian)飛機(ji)管(guan)(guan)路系統中(zhong)得到廣(guang)泛應用(yong)，但高(gao)強(qiang)級(ji) TA18 鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)管(guan)(guan)材的(de)研(yan)(yan)(yan)制尚(shang)處于初(chu)級(ji)階段。目(mu)前(qian)由于鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)管(guan)(guan)材彎曲(qu)及管(guan)(guan)接頭技術尚(shang)未完全成熟，故鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)管(guan)(guan)材在(zai)民用(yong)飛機(ji)和軍用(yong)飛機(ji)上均未獲得廣(guang)泛應用(yong)。在(zai)管(guan)(guan)材彎曲(qu)成形方面(mian)，由于缺(que)乏相應的(de)設備，目(mu)前(qian)尚(shang)只能(neng)較為(wei)穩定地實現純(chun)鈦(tai)(tai)（如 TA1、TA2）和一些強(qiang)度不高(gao)的(de)鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)管(guan)(guan)材 （如 TA16M）以及中(zhong)強(qiang)鈦(tai)(tai)合(he)金(jin)(jin)管(guan)(guan)（如 TA18M）的(de)數控冷彎曲(qu)成形。

管(guan)材彎(wan)曲(qu)成型(xing)技術研究(jiu)進(jin)展

管材彎曲成形方法

最常見的管材(cai)彎(wan)曲(qu)成(cheng)(cheng)形方法主要有壓(ya)彎(wan)成(cheng)(cheng)形、推彎(wan)成(cheng)(cheng)形、滾彎(wan)成(cheng)(cheng)形及繞(rao)彎(wan)成(cheng)(cheng)形。

壓彎(wan)(wan)成形(xing)(xing)是(shi)最早用于(yu)管材(cai)的(de)彎(wan)(wan)曲(qu)方(fang)法，通過彎(wan)(wan)曲(qu)模(mo)具對(dui)管材(cai)施加載(zai)荷(he)而完成彎(wan)(wan)曲(qu)加工。這種方(fang)法生產效率高， 模(mo)具調整簡單，在彎(wan)(wan)頭加工方(fang)面(mian)應用較廣泛。但(dan)是(shi)壓彎(wan)(wan)時所加載(zai)荷(he)集中在兩支承輥之間(jian)，管坯與彎(wan)(wan)模(mo)初始接觸處(chu)容易形(xing)(xing)成截面(mian)畸(ji)變，影響彎(wan)(wan)曲(qu)質量(liang)。

推(tui)彎成(cheng)形一般用于彎頭的成(cheng)形，在管材軸(zhou)向施(shi)加載荷，管坯被推(tui)進型腔實現(xian)彎曲。推(tui)彎成(cheng)形過(guo)程中管材外側壁(bi)厚不(bu)會出現(xian)過(guo)度(du)減薄，但需合(he)理(li)設計芯(xin)模(mo)并(bing)進行管坯和模(mo)具型腔潤滑，否則易(yi)發生失穩(wen)起皺。

滾彎(wan)(wan)(wan)(wan)成形(xing)(xing)通常用(yong)(yong)于厚壁管(guan)(guan)彎(wan)(wan)(wan)(wan)曲(qu)。滾彎(wan)(wan)(wan)(wan)是在三個或以(yi)上驅動(dong)輥輪的作用(yong)(yong)下，將管(guan)(guan)坯(pi)置于輥輪之間，通過控制輥輪的間距(ju)和驅動(dong)方式來實現管(guan)(guan)材(cai)的彎(wan)(wan)(wan)(wan)曲(qu)成形(xing)(xing)。滾彎(wan)(wan)(wan)(wan)成形(xing)(xing)由于沒有(you)芯棒的支撐，管(guan)(guan)材(cai)的截面質量不(bu)易(yi)控制，但采用(yong)(yong)多輥滾彎(wan)(wan)(wan)(wan)可以(yi)提(ti)高管(guan)(guan)材(cai)彎(wan)(wan)(wan)(wan)曲(qu)精度，降低(di)截面畸變，提(ti)高管(guan)(guan)材(cai)彎(wan)(wan)(wan)(wan)曲(qu)變形(xing)(xing)均勻(yun)程(cheng)度。

繞(rao)(rao)彎(wan)(wan)成(cheng)形是(shi)目(mu)前最常使用的(de)(de)一種彎(wan)(wan)管(guan)(guan)方法，該工藝與現代數控技術相結(jie)合形成(cheng)了管(guan)(guan)材(cai)數控繞(rao)(rao)彎(wan)(wan)成(cheng)形技術。彎(wan)(wan)曲(qu) 時將管(guan)(guan)坯的(de)(de)一端置于夾模，彎(wan)(wan)曲(qu)模在數控程(cheng)序的(de)(de)驅動下(xia)實(shi)現管(guan)(guan)材(cai)彎(wan)(wan)曲(qu)成(cheng)形。數控繞(rao)(rao)彎(wan)(wan)不僅能提高管(guan)(guan)材(cai)彎(wan)(wan)曲(qu)的(de)(de)成(cheng)形質量(liang)，還可(ke)以通(tong)過程(cheng)序控制實(shi)現連續彎(wan)(wan)曲(qu)，完成(cheng)復雜的(de)(de)空間彎(wan)(wan)管(guan)(guan)。

研究進展

管(guan)(guan)材數控(kong)彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)成(cheng)形(xing)技術(shu)是一(yi)項十分復雜的(de)(de)(de)工藝過程， 受到材料(liao)性能(neng)、管(guan)(guan)壁(bi)厚(hou)因子、彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)工藝、模具設計制(zhi)造水平等諸多因素的(de)(de)(de)影響。管(guan)(guan)材彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)成(cheng)形(xing)易出現各種缺陷，如外(wai)側壁(bi)厚(hou)減薄(bo)、內側壁(bi)厚(hou)增厚(hou)、界面畸(ji)變、起皺和破裂等，這嚴重制(zhi)約著我國航空(kong)航天管(guan)(guan)路系統的(de)(de)(de)發(fa)展。針(zhen)對目前的(de)(de)(de)管(guan)(guan)材彎(wan)(wan)曲(qu)(qu)成(cheng)形(xing)技術(shu)，研(yan)究學者主要從以下幾個方面做了(le)(le)大量的(de)(de)(de)工作，并取得了(le)(le)一(yi)定的(de)(de)(de)成(cheng)績。

在(zai)理論(lun)分析(xi)研(yan)究方面，研(yan)究學者主要從管材橫截面收縮率、壁厚減薄率、中性層偏移量(liang)、管材送給長度、彎(wan)矩和(he)(he)截面畸(ji)變率等各方面進行(xing)了大(da)量(liang)的理論(lun)公式(shi)推導及(ji)表征(zheng)公式(shi)的模型建(jian)立，并(bing)且理論(lun)解析(xi)結果與(yu)實驗(yan)驗(yan)證(zheng)結果吻合良好。但是在(zai)理論(lun)分析(xi)過程(cheng)中，采用了大(da)量(liang)的假設和(he)(he)公式(shi)簡化，并(bing)且忽略了一些因素(su)的影響，因此公式(shi)的精(jing)度和(he)(he)應(ying)用范圍(wei)受到(dao)一定的限制。

在(zai)數值模擬分(fen)析方面，研(yan)究學者運用有限元分(fen)析軟件對管材彎(wan)曲(qu)成形(xing)過程進(jin)行(xing)(xing)了模型建立，并在(zai)不(bu)同程度上進(jin)行(xing)(xing)了算(suan)法的(de)二次開發。通過有限元仿真分(fen)析，研(yan)究了管材彎(wan)曲(qu)成形(xing)過程中材料流動(dong)規律(lv)、應力應變分(fen)布狀態、管材壁厚變化、彎(wan)管回彈規律(lv)、彎(wan)曲(qu)成形(xing)缺陷的(de)產生機理及變化規律(lv)等(deng)(deng)，揭示了彎(wan)曲(qu)成形(xing)工藝(yi)參(can)數，如芯棒(bang)參(can)數、摩(mo)擦(ca)參(can)數、彎(wan)曲(qu)速度和管模間隙等(deng)(deng)，對管材成形(xing)過程的(de)影響規律(lv)。

在(zai)試驗研究(jiu)(jiu)方面，目(mu)前的(de)試驗主要集中在(zai)高校及科研院所對理(li)論分析及數值(zhi)模擬結果(guo)的(de)試驗驗證(zheng)，研究(jiu)(jiu)學者對彎曲(qu)加工的(de)工藝參(can)數及熱處理(li)制度對管材(cai)的(de)組織形態(tai)及機械性能的(de)影響進行了一定(ding)的(de)研究(jiu)(jiu)，但關于批量化生(sheng)產的(de)工藝及均勻性控制的(de)研究(jiu)(jiu)鮮見報道(dao)。

存在的問題

我國關于(yu)高強 TA18 鈦合金管(guan)材的(de)(de)彎曲成(cheng)形研究雖然取(qu)得了很大的(de)(de)進步，但尚(shang)處于(yu)初期階段，未形成(cheng)批量化的(de)(de)生(sheng)產工藝及控(kong)制方(fang)法，仍然面臨新的(de)(de)挑(tiao)戰。

首先，理(li)論研(yan)究和數值模擬分析與生(sheng)產(chan)(chan)試(shi)驗(yan)(yan)研(yan)究脫節，高校等研(yan)究機構由于(yu)設備及(ji)生(sheng)產(chan)(chan)試(shi)驗(yan)(yan)條件的(de)(de)限制(zhi)，大量的(de)(de)研(yan)究主要集中在理(li)論分析及(ji)數值模擬方向(xiang)，生(sheng)產(chan)(chan)單(dan)位(wei)具(ju)備一定的(de)(de)試(shi)驗(yan)(yan)試(shi)制(zhi)條件，但由于(yu)現有的(de)(de)運行機制(zhi)，尚未投(tou)入大量的(de)(de)研(yan)究工作。

其次，在工藝(yi)技術方面，TA18 高強鈦合金管材冷折(zhe)彎過(guo)程中，需要設備噸(dun)位較大(da)，角度(du)控(kong)制精度(du)較低，易出(chu)現回彈及起皺(zhou)等缺(que)陷；熱校形時，合模時易出(chu)現“咬邊”缺(que)陷，且長(chang)時加(jia)熱易產生高溫蠕變，導致產品截面的圓整度(du)難以(yi)控(kong)制。

最后(hou)，目前采用的(de)冷折彎+熱校形(xing)兩步(bu)成形(xing)周期(qi)較長， 成本較高。

結束語

TA18 鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)管(guan)材(cai)(cai)已經成(cheng)為航空(kong)航天管(guan)路系統的首選(xuan)材(cai)(cai)料，在(zai)國外(wai)被廣泛應(ying)用，但在(zai)國內尚處在(zai)起步階段。由于目前航空(kong)產品(pin)精(jing)益(yi)化的需(xu)求，未來鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)管(guan)材(cai)(cai)高效率、高精(jing)度、高成(cheng)品(pin)率、低成(cheng)本成(cheng)形技術(shu)研究(jiu)已經迫(po)在(zai)眉睫(jie)。為實現鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)管(guan)材(cai)(cai)數控彎曲精(jing)確成(cheng)形，亟待(dai)研究(jiu)建(jian)立一(yi)套較為全面的鈦(tai)合(he)金(jin)(jin)管(guan)材(cai)(cai)彎曲成(cheng)形工藝體系及數值(zhi)模(mo)擬系統。