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《大连理工大学》 2007年
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高温合金和钛合金真空热处理及热胀形过程数值模拟

王明伟  
【摘要】: 真空热处理技术具有无氧化、无脱碳、变形小、节能、自动化程度高等一系列优点,成为国际热处理技术发展的热点。真空热胀形是一种特殊的成形加工方法,它是利用工件和模具之间线膨胀系数差异,根据材料高温软化和应力松弛原理,通过模具在高温状态下热膨胀力使工件成形。同其它金属成形技术不同,真空热胀形过程中工件变形主要是发生在低应力状态下弹塑性变形,并且塑性变形量与加热温度和保温时间直接相关。由于真空热处理及热胀形过程的复杂性,传统的真空热处理及热胀形过程研究主要基于实验和经验,这将造成工艺研发周期的增长和生产成本的增加。随着计算机技术的发展和有限元方法的完善,有限元模拟技术为真空热处理及热胀形过程的研究提供有力的工具。模拟能够给出真空热处理及热胀形过程中各种场量信息,为合理确定真空热处理及热胀形工艺参数和保证工件产品质量提供科学依据。 本文以GH4169高温合金和BT20钛合金为研究对象,利用大型非线性有限元软件MSC.Marc对高温合金和钛合金真空热处理及热胀形过程进行模拟研究,对温度场、变形场和应力场进行分析,预测了真空加热滞后时间,探索了确定钛合金筒形件真空热胀形工艺参数的科学方法,为实际生产提供理论指导。本文的主要研究内容及结论如下: 1.建立了二维非线性真空热处理炉传热过程有限元模型,考虑了辐射传热和材料热物性参数随温度变化等非线性因素的影响。使用有限元软件MSC.Marc对真空热处理炉传热过程温度场进行计算和分析,实现了虚拟真空热处理炉温智能化PID控制。分别采用750℃和1150℃保温,对炉温均匀性进行模拟计算,并进行了相应的实验验证,模拟结果与实验结果吻合较好,为真空热处理过程的虚拟生产奠定了理论基础。 2.利用真空热处理炉传热有限元模型对GH4169合金大型复杂件和不同尺寸的BT20钛合金试样真空加热过程温度场进行数值模拟,预测了GH4169合金零件和BT20合金试样在真空加热过程中加热滞后时间,实测了GH4169合金大型复杂件和BT20合金试样真空加热过程温度随时间变化,模拟结果与实验结果吻合较好。分析了加热滞后时间对BT20钛合金退火组织的影响。模拟结果表明:有效厚度≤20mm的BT20钛合金零件在真空加热时滞后时间系数可取0.8~1min/mm。为了保证零件质量及可靠性,必须合理地确定加热滞后时间。 3.建立了BT20钛合金筒形件真空热胀形过程热力耦合有限元模型。利用有限元软件MSC.Marc对钛合金直筒件真空热胀形过程的温度场、变形场和应力场进行模拟计算,对加热温度、模具厚度、工件与模具间隙大小等因素对真空热胀形影响进行分析。提出了可用于企业真实生产的不同型号BT20钛合金直筒件真空热胀形过程的模具设计尺寸和真空热胀形工艺参数方案。 4.对BT20钛合金真空热胀形过程热力耦合模型进行了优化建模研究,在保证计算精度的前提下,采用步长自适应技术和两步法模拟显著提高计算效率。对不同型号BT20钛合金锥筒件真空热胀形过程进行数值模拟,并进行相应的实验验证,模拟结果与实验结果吻合较好。分析了加热温度和零件壁厚对真空热胀形的影响,模拟结果表明:BT20合金筒形件真空热胀形的最佳温度范围为750~850℃。壁厚≤3mm的钛合金筒形件可通过真空热胀形的方法进行弯曲变形,而大于3mm的钛合金筒形件不能通过真空热胀形的方法进行弯曲变形,只能校形。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG166.5

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【引证文献】
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1 王艳芬;高强镍基合金超薄壁筒胀形机理与工艺研究[D];中南大学;2011年
2 陈临夏;冷轧纯钛带卷退火温度场数值模拟研究[D];上海交通大学;2012年
3 姚少非;钛合金筒形件精密校形工艺研究[D];南京航空航天大学;2012年
4 段金良;钢轨冷却过程中温度场及弯曲变形数值模拟研究[D];内蒙古科技大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 周贤宾,常和生,戴美云;时效应力松弛校形原理及其在蒙皮制造中的应用[J];北京航空航天大学学报;1992年02期
2 郝树本,崔树森;复杂形体钛合金叶片等温热校形工艺研究[J];材料工程;1996年04期
3 舒滢,曾卫东,周军,周义刚,周廉;BT20合金高温变形行为的研究[J];材料科学与工艺;2005年01期
4 苑世剑,王仲仁,董景宇;不锈钢球壳无模液压胀形过程的有限元模拟[J];材料科学与工艺;1996年01期
5 林兆荣,熊志卿;TC1、TC4钛板零件热校形研究[J];稀有金属材料与工程;1983年05期
6 林兆荣,熊志卿;TA2、TC1、TC4钛板高温短时应力松弛的研究[J];稀有金属材料与工程;1983年06期
7 刘勇,尹钟大,朱景川;温度、应力及晶粒度对TC4合金应力松弛性能的影响[J];稀有金属材料与工程;2003年08期
8 王本一,石伟,刘庄;数值模拟技术在大型锻件生产中的应用[J];大型铸锻件;1999年01期
9 尚建勤;钛合金TC1整流内罩热成形工艺研究[J];锻压技术;2000年02期
10 卢志文,吴希让;真空炉高压气体淬火的计算机模拟及其应用[J];国外金属热处理;1997年05期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张立文;数值模拟技术在金属材料固态加工中的应用[D];大连理工大学;2004年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 洪江波;LY12CZ铝合金材料的时效成形理论与试验研究[D];西北工业大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 乌云其其格;张连鸿;廖子龙;;碳纤维复合材料性能研究及应用[J];工程塑料应用;2009年10期
2 王健;王建宇;;洞库被覆混凝土温度应力的计算[J];四川建筑科学研究;2009年02期
3 杜永峰;寇佳亮;寇巍巍;;高温下叠层橡胶支座的热力学分析[J];四川建筑科学研究;2010年06期
4 马超;张国强;赵德华;何天庆;商融;;弯辊对带钢板形影响的模拟研究[J];鞍钢技术;2009年05期
5 李长生;梅瑞斌;刘相华;;刚塑性有限元求解板材轧制过程的奇异点问题[J];鞍钢技术;2010年05期
6 刘焕磊;李新;李堂飞;;火灾作用下钢筋混凝土梁温度场的有限元分析[J];安徽建筑;2012年01期
7 赵亚东;郝安林;;《金属塑性成形原理》课程的教学探索[J];安阳工学院学报;2011年04期
8 艾家和,董建新,胡尧和,谢锡善;4Cr13线材轧制后冷却速率对表面宏观应力和微观组织影响的研究[J];兵器材料科学与工程;2001年03期
9 褚亮,卢险峰,张朝阁;缩口变形力的计算及其精度比较[J];兵器材料科学与工程;2004年05期
10 李康;王艳丽;许树勤;;热钢圆盘喷水冷却过程的温度场测量与模拟[J];兵器材料科学与工程;2006年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈彦北;陆建;倪晓武;;激光作用金属板材塑性损伤的判定[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
2 甘国;薛克敏;李萍;;TA15合金热变形行为及热加工性研究[A];2011年安徽省科协年会——机械工程分年会论文集[C];2011年
3 段彦宾;杨明;赵维川;闫庆禹;;汽车拼焊板门内板成型性及焊缝移动控制分析[A];“2011西部汽车产业·学术论坛”暨四川省汽车工程学会四届第九次学术年会论文集[C];2011年
4 李明涛;国伟;陈彦辉;李菊香;孙小超;;螺栓预紧型轨道发射装置设计研究[A];2011中国电工技术学会学术年会论文集[C];2011年
5 王志刚;杨玉军;田水仙;杨晓利;张鹏;任辉;;冷拔变形对GH3625合金组织和性能的影响[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
6 邓群;杜金辉;赵长虹;张志国;;GH4169合金的低温性能[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
7 曾强;燕平;董建新;刘林;赵京晨;李俊涛;;一种低成本、高性能新型重型燃气轮机叶片用定向凝固高温合金的组织和性能[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
8 彭云成;刘金海;李国禄;晋会锦;;磨球落球疲劳试验应力仿真[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年
9 宋凤梅;张建泉;刘峰;;激光辐照柱壳温升的有限元计算[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
10 潘兵;吴大方;;基于数字图像相关方法和瞬态气动热环境模拟系统的高温变形测量技术[A];力学与工程应用(第十三卷)[C];2010年
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1 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
2 张勇;纳米碳纤维的批量制备技术与装置研究[D];湖南大学;2010年
3 许兰贵;变壁厚大锥度薄壁铝罐成形关键技术的研究[D];华南理工大学;2010年
4 李熹平;快速热循环注塑模具及工艺关键技术研究[D];山东大学;2010年
5 谢燕;飞船返回舱着陆冲击缓冲座椅系统改进设计研究[D];国防科学技术大学;2010年
6 冷毅飞;中俄石油管道多年冻土物理力学性质试验研究及温度场数值分析[D];吉林大学;2011年
7 宋文庆;层状金属复合板件等离子体弧柔性成形技术基础研究[D];大连理工大学;2011年
8 张向东;强流脉冲电子束钛基和镍基合金表面改性[D];大连理工大学;2011年
9 付垚;高强高韧铝合金厚板的蛇形轧制研究[D];北京有色金属研究总院;2011年
10 王丽君;桥梁钢热压缩变形动态再结晶行为的双尺度模拟[D];山东大学;2011年
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1 唐顺杰;大功率LED封装共晶炉及灯具传热过程仿真分析[D];华中农业大学;2010年
2 孙瑞霞;奥氏体—铁素体相变的计算机模拟[D];河南理工大学;2010年
3 余兴强;铸态TB6钛合金的加工图及其锻造工艺优化[D];南昌航空大学;2010年
4 刘霞;圆柱直齿轮精锻成形工艺试验及数值模拟研究[D];南昌航空大学;2010年
5 吴琳;锻态TB6钛合金热变形行为研究及加工工艺参数优化[D];南昌航空大学;2010年
6 沈洋;橡胶模具等离子体清洗方法研究[D];大连理工大学;2010年
7 张金营;PEMFC金属双极板成形模具技术研究[D];大连理工大学;2010年
8 郝红肖;鼓包法表征弹塑性膜/基体系界面结合性能的理论模型[D];湘潭大学;2010年
9 党淼;TA11本构关系及叶片微观组织模拟研究[D];沈阳理工大学;2010年
10 张宁;管材滚珠旋压成形工艺研究[D];沈阳理工大学;2010年
【同被引文献】
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1 巨东英;;热处理数值模拟技术现状及发展趋势[J];鞍钢技术;2010年06期
2 康爱健,王彦贞,许安国;再用轨全长热处理的研究[J];北方交通大学学报;1998年01期
3 黄日升;钢轨在整体加热全长淬火热处理过程中的应力分布和变形的粗浅探讨[J];包钢科技;1997年02期
4 李平;彭峰;杨超伦;;U75V 75kg/m钢轨淬火工艺研究[J];包钢科技;2006年01期
5 周贤宾,常和生,戴美云;时效应力松弛校形原理及其在蒙皮制造中的应用[J];北京航空航天大学学报;1992年02期
6 林林,张欣欣,左燚,向顺华,刘铁树,钮龙英,黄夏兰;全氢罩式退火炉退火热过程的研究(Ⅰ)——数学模型及其实测验证[J];北京科技大学学报;2003年02期
7 林林,张欣欣,左燚,向顺华,刘铁树,钮龙英,黄夏兰;全氢罩式退火炉退火热过程的研究(Ⅱ)——对流换热系数和钢卷径向等效导热系数的分析[J];北京科技大学学报;2003年03期
8 段金良;刘宇雁;陈林;;重轨淬火过程温度场数值模拟分析[J];内蒙古科技大学学报;2011年04期
9 刘宗昌,王宝峰,王贵,张国柱;钢轨在线余热强化工艺[J];包头钢铁学院学报;1995年01期
10 金尧,孙亚芳,孙训方,邓勇,刘洪杰,屠勇;金属蠕变律及蠕变行为研究[J];材料工程;2001年01期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 谢建斌;金属及合金在不同介质中淬火时的数值模拟和应用研究[D];昆明理工大学;2003年
2 张立文;数值模拟技术在金属材料固态加工中的应用[D];大连理工大学;2004年
3 王霄腾;β型钛合金高温粘塑性本构建模及数值计算[D];哈尔滨工业大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王少辉;7085铝合金整体结构件淬火残余应力分析及其消减工艺研究[D];中南大学;2011年
2 姜旭;石油套管热处理过程残余应力的有限元分析[D];内蒙古科技大学;2010年
3 杨希;稀土重轨钢热轧过程中再结晶行为及组织转变规律的研究[D];内蒙古科技大学;2010年
4 梁松;高速钢轧辊断裂失效的有限元分析[D];内蒙古科技大学;2010年
5 周磊;薄壁管液压胀形成形理论及试验研究[D];燕山大学;2002年
6 李冬林;焊接应力和变形的数值模拟研究[D];武汉理工大学;2003年
7 刘海平;SP定宽机轧制过程的有限元模拟[D];燕山大学;2003年
8 谭志耀;超高强度钢板热冲压成形基础研究[D];同济大学;2006年
9 安俊伟;焊接残余应力对梁柱节点抗震性能的影响[D];天津大学;2005年
10 陈建波;大型复杂结构焊接变形热弹塑性有限元分析[D];上海交通大学;2008年
【二级参考文献】
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1 张立文,裴继斌,陈騢騑,张国梁;激光相变硬化过程数值分析与工艺优化系统[J];兵器材料科学与工程;2001年03期
2 田东,胡明娟,潘健生;淬冷过程中三维传热的数值模拟[J];兵器材料科学与工程;1998年04期
3 周贤宾,常和生,戴美云;时效应力松弛校形原理及其在蒙皮制造中的应用[J];北京航空航天大学学报;1992年02期
4 王广生,王志刚;真空热处理的发展与关键技术[J];材料工程;1997年04期
5 王艳文,康永林,任学平,余智勇,袁大焕;棒材四道次连轧过程中轧件变形的三维有限元模拟[J];材料科学与工艺;1999年S1期
6 张立文,王晓晖,王富岗,夏元良,张国梁;圆柱体激光相变硬化三维温度场数值计算[J];材料科学与工艺;2002年01期
7 刘芳,单德彬,吕炎;热变形参数对LD7铝合金流动应力的影响[J];材料科学与工艺;2003年01期
8 林兆荣;蠕变、应力松弛与金属板料热压成形简介[J];稀有金属材料与工程;1982年06期
9 蒋平,张继娟,于利根,王华明;Ti-6Al-4V合金激光表面合金化制备Ti_5Si_3/Ti耐磨复合材料涂层研究[J];稀有金属材料与工程;2000年04期
10 方建成,王续跃,周锦进;电火花加工表面形貌与摩擦磨损[J];电加工;1995年05期
【相似文献】
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1 张善庆;复杂形体钛合金叶片真空热处理工艺研究[J];材料工程;1997年04期
2 彭海;钛合金及高温合金的小直径深孔加工[J];新技术新工艺;2003年05期
3 韩荣第;殷宝麟;崔永鹏;;难加工材料小孔振动攻丝试验研究[J];哈尔滨工业大学学报;2008年01期
4 周媛;李晓红;毛唯;毕晓昉;熊华平;吴欣;;以Ti,Ni薄膜为中间层的钛合金与高温合金低温扩散焊研究[J];材料工程;2010年10期
5 李文亚;C.Coddet;;基于冷喷涂的多孔钛与钛合金的制备与表征[J];稀有金属材料与工程;2009年S3期
6 胡继速;热强钛合金真空热处理[J];航空制造技术;1990年03期
7 史莉;;ISO S新型刀片系列推动了高温合金和钛合金车削技术的发展[J];金属加工(冷加工);2011年15期
8 陈思觉;;真空热处理在钛合金叶片上的应用[J];现代机械;1989年02期
9 ;真空热处理用气体冷却介质[J];国外金属热处理;1995年03期
10 姚伟,巩水利,陈俐;焊后真空热处理对BT20钛合金激光焊接接头性能的影响[J];焊接;2003年06期
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1 李继贞;陈福龙;王健飞;;航空航天应用难变形材料的旋压成形[A];第十一届全国旋压技术交流大会论文集[C];2008年
2 陈长军;徐星;张敏;常庆明;张诗昌;陈霞;;金属医生的典型应用[A];高性能防腐蚀涂装及表面保护技术的应用与发展——第16届全国表面保护技术交流会论文集[C];2011年
3 仲增墉;;前言[A];动力与能源用高温结构材料——第十一届中国高温合金年会论文集[C];2007年
4 胡斌;王金鑫;;钛合金化学镀镍应用研究[A];第六届全国表面工程学术会议论文集[C];2006年
5 胡斌;王金鑫;;钛合金化学镀镍应用研究[A];第六届全国表面工程学术会议暨首届青年表面工程学术论坛论文集[C];2006年
6 李应举;冯小辉;杨院生;;多周期脉冲磁场作用下高温合金熔体中电磁力及流场分布的数值分析[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
7 古一;夏长清;谭澄宇;;GH202合金表面含纳米陶瓷涂层的性能与界面组织的研究[A];2000年材料科学与工程新进展(下)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
8 姚锦声;孟笑影;;极具吸引力的等温精锻钛合金[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(上册)[C];2001年
9 梁天权;郭洪波;宫声凯;;渗铝高温合金的抗高温燃气热腐蚀性能研究[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
10 徐惠彬;宫声凯;陈立强;张春霞;;热障涂层对高温合金基体力学性能影响的研究[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年
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1 雷鸿;一航锻铸努力成为航空锻造排头兵[N];中国航空报;2007年
2 天际;飞亚达钛合金航天表助力“神六”[N];中国有色金属报;2005年
3 潘廷祥;钛:节能减排钛有功[N];中国有色金属报;2007年
4 记者  丁波;一吨钢卖百万元[N];解放日报;2006年
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9 张献怀;钛合金补片修复颅骨缺损“天衣无缝”[N];中国医药报;2008年
10 吴光鹏 刘运伟;安吉精铸公司攀登钛合金铸造技术高峰[N];中国航空报;2005年
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1 王明伟;高温合金和钛合金真空热处理及热胀形过程数值模拟[D];大连理工大学;2007年
2 王雪花;粗皮桉木材真空热处理热效应及材性作用机制研究[D];中国林业科学研究院;2012年
3 王连军;玻璃—陶瓷保护涂层的制备及在钛合金热加工过程中的应用研究[D];大连理工大学;2002年
4 杜汉斌;钛合金激光焊接及其熔池流动场数值模拟[D];华中科技大学;2004年
5 张云琨;氢、氮化和热氧化对钛合金性能影响的研究[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2005年
6 李鑫;TC11钛合金的热态变形行为及其锻造工艺优化研究[D];南京航空航天大学;2009年
7 何晓;含氢的新型钛合金的疲劳行为研究[D];四川大学;2003年
8 卫中山;MEVVA离子注入钛合金抗疲劳制造的基础研究[D];南京航空航天大学;2003年
9 何博;钛合金表面热障涂层的制备与研究[D];上海交通大学;2008年
10 汤慧萍;汽车用粉末冶金Ti-Fe-Mo-Al合金的研究[D];中南大学;2004年
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1 郑韵哲;激光近形制造钛合金试件力学性能的初步研究[D];中国医科大学;2009年
2 张菊梅;能量参数对钛合金微弧氧化膜层表面形貌及膜层/环氧树脂结合强度的影响[D];西安理工大学;2004年
3 刘会群;金属Sc对钛合金组织与性能的影响[D];中南大学;2004年
4 秦妍梅;钛及钛合金表面改性层腐蚀及腐蚀磨损性能的研究[D];太原理工大学;2005年
5 邓炯;氮离子注入两种新型钛合金的表面改性研究[D];四川大学;2005年
6 张凤英;低成本氢化脱氢钛合金粉末的激光快速成形[D];西北工业大学;2006年
7 杨勇;细晶钛合金超塑性扩散连接的微观组织及元素扩散行为[D];大连理工大学;2009年
8 曹建玲;钛合金的氢致延迟断裂行为研究[D];四川大学;2002年
9 沈纪渭;钛合金环壳零件冲压成形过程的有限元模拟研究[D];西北工业大学;2003年
10 戴正宏;医用钛合金表面阳极氧化研究[D];天津大学;2004年
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