TC4钛合金热变形参数混沌域微观机制确定性识别及细晶化加载新模式

摘要

本文主要研究TC4钛合金微观组织演变与工艺参数的关系，识别动态再结晶细晶区，并优化得到此区域的较优加载参数，为TC4钛合金的微观组织控制提供理论依据。首先利用Gleeble-3500热模拟机在温度为1023K、1073K、1123K、1173K、1223K、1273K、1323K，应变速率为0.01s-1、0.1s-1、1s-1、10s-1下进行了TC4钛合金的热压缩，压缩量为60％。由此获得了该合金在变形条件下的应力-应变曲线，分析了其在高温下的变形特点。基于实验得到的应力-应变数据，建立了TC4钛合金双向反馈调节人工神经网络模型（BP-ANN），基于此模型扩充了TC4钛合金的研究数据。以扩充的数据为基础，计算并绘制了该合金的二维和三维功率耗散图和失稳图，叠加两图得到对应的加工图。结合金相图片分析，绘制了TC4钛合金的考虑应变的空间变形机制图，得到了再结晶细晶参数区间。结合数值模拟，优化出了再结晶细晶区域的较优应变速率加载参数。本文主要的研究内容及结论：
　　①在温度为1023-1323K，应变速率为0.01-10s-1条件下对TC4钛合金实施了等温压缩，获得相应的实验应力应变数据，基于实验的应力应变数据建立了 TC4钛合金 BP-ANN模型。此模型很好的学习了流变应力随工艺参数的变化规律，精确的预测了TC4钛合金不同条件下的流变应力。基于建立的BP-ANN模型，预测实验之外的应力应变数据，扩充了研究数据，为TC4钛合金加工图和动态再结晶模型的计算及有限元的模拟提供了数据支持。
　　②基于扩展的应力应变数据和动态材料模型理论，绘制了TC4钛合金在不同应变、不同温度及不同应变速率下的二维和三维加工图及变形机制图，并对其进行详细分析，得到TC4钛合金稳定变形的工艺参数范围是：温度范围为1198-1248K，应变速率范围为0.01-0.032s-1；温度范围为1223-1323K，应变速率范围为0.032-1s-1。从三维变形机制图中识别了细晶区域，细晶区域主要分成三种区域即?相的动态再结晶主导区，?相的动态再结晶和???相变共同作用区，超塑性区。
　　③基于扩展的应力应变数据，建立了TC4钛合金的动态再结晶临界应变模型和运动学模型。
　　④基于deform-2D有限元模拟软件，结合变形机制图中识别出的再结晶细晶参数区域，对热成形工艺进行了一系列应变速率加载方案的设计，通过比较不同条件下的晶粒尺寸，得到研究区域的较优应变速率加载参数。

目录

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英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 钛合金的分类及应用

1.3钛合金高温变形行为研究现状

1.4 课题研究意义及主要内容

1.5 本章小结

2 实验材料及方法

2.1 实验材料

2.2高温压缩实验方法

2.3 金相实验

2.4 实验结果及分析

2.5 本章小结

3 基于BP神经网络的TC4钛合金流变应力模型建立及应用

3.1 引言

3.2 BP神经网络的结构及原理

3.3 TC4钛合金BP-ANN模型建立

3.4 BP-ANN模型预测性能的评估

3.5应力-应变数据的扩展

3.6 本章小结

4 TC4钛合金热加工图及微观机制分析

4.1 引言

4.2 加工图的基本理论

4.3分别基于实验值与BP-ANN预测值建立热加工图

4.4 基于扩展的应力-应变数据建立TC4热加工图

4.5基于加工图的TC4钛合金热变形机制分析

4.6 本章小结

5 TC4钛合金动态再结晶模型研究

5.1 引言

5.2 TC4钛合金动态再结晶模型研究

5.3 本章小结

6 TC4钛合金再结晶细晶区加载路径设计

6.1 引言

6.2再结晶细晶区域加载方案的设计

6.3有限元模型建立及参数的设定

6.4 模拟结果

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B. 作者在攻读学位期间参与科研项目及成果目录