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TC6钛合金锻造过程的数值模拟

林海  
【摘要】: TC6钛合金是一种具有复杂显微组织结构的两相钛合金。拥有密度低、强度高、耐腐蚀等优点,但其材料成本昂贵,难以进行锻造加工成形。目前,对于TC6钛合金锻造成形过程的研究是有限的,缺乏系统性,而对TC6钛合金锻件产品的需求却正在迅速增长。由于钛合金的组织和性能对变形时的热加工参数十分敏感,因而其适合的热加工参数范围都十分狭窄,要获得期望的组织和性能,必须对热加工参数严格控制。传统的反复试验和依据经验来制定锻造工艺的方法已难以满足现代化生产的要求。 材料的本构方程和加工参数与显微组织的关系是进一步研究材料锻造成形所需要的基本信息。本文基于大量的材料等温恒应变速率热模拟压缩试验,应用非线性回归方法提出了一种新的TC6钛合金高温变形的本构方程数学模型。该模型能客观地反映TC6钛合金在热变形时的动态响应特性,为提高塑性加工过程数值模拟的精度提供了保障。 本文在对刚塑性有限元模拟分析中关键技术问题进行深入研究的基础上,在不同的变形温度、变形速度和摩擦条件下分别对钛合金盘件的等温和非等温锻造过程进行了三维数值模拟,研究了热加工参数对等效应变、等效应力状态的影响。研究了变形工艺参数对等效应变、等效应力和载荷—行程曲线的影响。 钛合金锻造中的加工历史及热加工参数对其最终的显微组织(因而对其机械性能)具有显著的作用。而且其影响程度可能比其它任何常用锻造材料都甚。本文采用刚塑性有限元方法,基于Yada模型,对TC6钛合金盘件在不同的变形温度、变形速度和摩擦条件下等温锻造时的晶粒尺寸进行了预测,并分析了不同变形工艺参数对晶粒尺寸的影响。


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