TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究

【摘要】：TA15钛合金是与俄罗斯研制的BT20钛合金相似的一种近钛合金，具有较高的比强度、抗蠕变性、耐腐蚀性以及良好的焊接性能，在航空航天工业中广泛应用。本文通过实验建立了TA15钛合金热加工变形的本构模型和微观组织演变模型，以此为基础对TA15横梁锻造成形过程进行了有限元模拟和微观组织预测。 通过热压缩实验得到了TA15钛合金热压缩的应力-应变曲线，分析了温度、应变速率以及应变对流动应力的影响规律。考虑到TA15钛合金的变形热效应严重，为了保证实验结果的准确性，对变形热进行了计算，并对变形热产生规律进行了分析总结。对热压缩数据进行回归处理，求出了不同应变下材料常数值A、α、n和激活能Q，在Arrhenius双曲正弦型方程的基础上建立了适用于TA15钛合金热变形的本构模型。根据求得的本构模型，可以得到不同变形条件下的流动应力的计算值，最终将应力的计算值与实验值进行对比，来验证该本构模型的可行性。 通过对不同变形条件下的微观组织进行分析，总结了微观组织随温度、应变速率的变化规律。根据金相照片统计了初生相的大小和体积分数，并建立了TA15钛合金高温变形时的微观组织演变模型。通过热压缩过程中所得的应力应变数据，绘制出了不同应变下的热加工图。根据失稳图，确定了锻造的危险区域。并分析了失稳区失稳的原因主要为局部塑性形流变。根据热加工图和微观组织分析结果确定了TA15的最佳锻造工艺范围。 利用Deform-3D模拟了TA15横梁锻造成形过程，根据模拟结果分析了锻造过程中应力、应变、温度的变化规律，并根据微观组织预测模型，对锻造过程的相的体积分数进行了预测。