Ti-6Al-2ZR-1Mo-1V合金热塑性流变行为表征及参数优化识别

摘要

钛及钛合金隶属于轻质结构材料，因其较高的比强度、较强的抗腐蚀性能、优良的综合力学性能而被广泛用于医疗、船泊、能源、化学、航天、建筑等领域。由于钛合金具有良好锻造性能，使得目前钛合金产品加工方式主要以锻造进行，其使用领域也最广。当然钛合金锻造技术本身存在固有不足，如产品晶粒易粗化、锻造温度允许区间较为狭窄、易造成局部过热、锻造过程中吸氢等，不能最优化发挥钛合金锻件产品的优势潜能。即使如此，对钛及钛合金锻造加工而言，依靠流变应力曲线数据合理的优化加工工艺参数，可有效估算变形所需抗力与载荷，改善钛合金的组织与力学性能，提高强度与腐蚀性，生产出满足性能、尺寸符合要求的钛合金产品。
　　 本文研究要点有以下几方面：
　　 ①对Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金试样进行热压缩实验，并以曲线数据为基础，建立正交试验分析各压缩参数影响真实应力的重轻程度。
　　 ②基于Arrhenius本构关系，运用多元线性回归及多项式拟合，架构精确描述Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金热想性流变行为的Arrhenius变参数本构方程。
　　 ⑨凭借DMM加工理论，利用应变速率敏感系数、能量耗散率、失稳判据三重指标界定出Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金的流变失稳区和稳定区。
　　 ④基于临界损伤演变理论建立Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金在宽泛的温度、应变速率、应变量下临界损伤因子的演变规律，针对潜在的裂纹风险优化该合金稳定流变变形参数。
　　 ⑤引入材料加工硬化率θ指标，结合θ-σ曲线拐点判据识别隐含在实验曲线表征激活动态再结晶的特征参量：临界应变、临界应力，通过回归拟合计算，结合金相图建立该合金临界应变模型。
　　 ⑥运用MATLAB软件建立Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金BP神经网络流变应力模型，并使用模型预测未做实验的流变应力曲线；基于预测曲线，再次建立失稳区与稳定区，并与用实验数据建立的失稳区与稳定区进行对比验证模型的泛化能力，同时将预测曲线与实验曲线分别导入有限元分析软件DEFORM，应用到Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金框体件的成形模拟中，比较预测曲线与DEFORM软件自身内部插值曲线模拟载荷-位移曲线的差异。