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基于微观组织预测的TC4叶片精锻过程数值模拟

王晓良  
【摘要】:叶片作为航空发动机上的关键零件,对它的组织及性能要求特别高,组织决定性能,因此控制好材料的微观组织尤为重要。本文以TC4合金叶片为研究对象,对DEFORM模拟软件的子程序功能进行扩展,在此基础上运用DEFORM软件对TC4合金的微观组织进行预测,并对叶片的精锻过程进行数值模拟,通过模拟结果分析得到对实际生产有指导意义的工艺参数。本文的主要研究内容如下:(1)首先对TC4合金进行热模拟压缩实验,通过实验得到变形温度分别为890℃,910℃,930℃,950℃,970℃,应变速率分别为0.1s-1,1s-1,10s-1,50s-1,80s-1,变形量分别为10%、50%和80%下的应力应变数据及对应曲线,为建立TC4合金微观组织模型提供数据基础。(2)对热模拟压缩实验后的TC4合金试样进行金相实验,通过实验得到不同的变形温度、变形速率及变形程度对晶粒尺寸的影响并分析其中原因,为微观组织模型的建立提供一定的数据,也为下文TC4合金微观组织数值模拟提供对比实验依据。(3)通过实验数据建立微观组织模型,再将模型嵌入到DEFORM软件中,对其的微观组织子程序进行扩展,并对圆柱进行镦粗模拟,将热模拟压缩试验和模拟结果的对比可知,两者的误差不超过9.6%,因此所建立的微观组织模型是可以预测TC4钛合金的微观组织的。(4)针对不同的工艺参数,对TC4合金叶片在制坯—预锻—终锻各个工步下的微观组织进行了数值模拟,通过模拟结果分析,得到了叶片微观组织的演化规律,为工艺参数的合理化选择充当依据,并得出TC4叶片的成形的工艺参数分别如下:制坯温度选择950℃,预锻温度选择930℃,终锻温度选择910℃;变形速率选择20mm/s;摩擦系数选择0.1较为合理。


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