TC11钛合金热变形特性及成形工艺研究

摘要

本文以航空航天工业广泛应用的TC11钛合金为研究对象,采用Gleeble-1500D热模拟试验机,在变形温度为960~1050℃,应变速率为0.01~10s-1范围内对TC11钛合金进行等温恒应变速率压缩实验。根据实验数据,建立了TC11钛合金的本构方程和热加工图,并结合对压缩试样的组织分析,初步优化了TC11钛合金的变形工艺。在此基础上对TC11钛合金的热挤压过程进行了数值模拟分析,获得了温度场和速度场对材料所受应力的影响规律,从而得到优化后的变形工艺,并利用该工艺对TC11钛合金进行了锻造,对锻造后的工件进行了组织和性能分析。
　　结果表明,TC11钛合金的流变应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小,其应力-应变曲线呈先硬化后软化的基本规律。利用真应力-真应变曲线数据在Arrhenius型双曲正弦方程的基础上建立了适用于TC11钛合金热变形的本构方程,并将不同变形条件下的流变应力与实验值进行了比较,经误差分析发现所建立的本构方程能够客观地反应TC11钛合金的动态特性。
　　综合热加工图和变形后不同区域的金相、扫描电镜显微组织,确定TC11钛合金热加工图中的失稳区域和稳定区域。变形温度为990~1020℃,应变速率为10s-1范围为失稳区,失稳区易出现绝热剪切带和局部流变失稳现象。变形温度为960~990℃,1020~1050℃,应变速率均为0.01~1.0-1范围为稳定区。
　　数值模拟结果表明,应变速率越大,材料所受的应力越不均匀,易造成失稳或者开裂;变形温度越高,材料所受应力越均匀。
　　综合TC11钛合金的热加工图及数值模拟分析,优化的最佳热加工工艺参数为变形温度1020℃,应变速率为1.0s-1。经过锻造实验验证,此工艺得到的锻件具有良好性能。

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第1章 绪 论

1.1引言

1.2钛合金的特性与发展

1.3 TC11钛合金的研究现状及分析

1.4热加工图

1.5有限元数值模拟技术

1.6本文选题意义和研究内容

第2章 实验材料及方法

2.1实验材料

2.2实验方法

第3章 T C 11钛合金热变形特性

3.1引言

3.2 TC11钛合金高温压缩应力-应变分析

3.3 TC11钛合金本构方程

3.4 TC11钛合金热变形过程中组织演变

3.5 TC11钛合金的热加工图

3.6本章小结

第4章 T C 11钛合金成形数值模拟及工艺验证

4.1引言

4.2速度矢量场和温度场分析

4.3等效应力与冲头载荷分析

4.4 TC11钛合金自由锻造工艺验证

4.5本章小结

结论

参考文献

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致谢