Ti/Al粉末体塑性变形行为及锻造过程数值模拟研究

摘要

TiAl基合金具有抗高温、抗氧化,密度低等优点,但是其塑性差,高温变形抗力大,难以加工成型,从而大大限制了该材料的工程应用,阻碍了该材料的实用化。如果采用传统的粉末冶金、铸造和热变形等成形方法,若要同时满足致密度高、性能好、成本低和复杂零件成形等要求非常困难。因此,针对TiAl基合金难以加工成形的特点,本研究采用机械混粉-冷压制坯-低温烧结的工艺方法制备Ti/Al粉末坯。Ti/Al粉末坯与TiAl基合金相比,具有塑性好,易成形的特点。本文利用多种烧结工艺对Ti/Al粉末体材料进行低温烧结实验,确定最优烧结方案,并研究其塑性变形行为,采用ABAQUS对其锻造成形过程进行数值模拟,为Ti/Al粉末体锻造时最优工艺参数的设定和模具的设计提供参考。
　　机械混合Ti粉和Al粉,在不同压力下制取坯料,采用不同烧结工艺对Ti/Al粉体坯料进行低温真空烧结;利用SEM、EDS、XRD等材料分析测试方法对烧结后得到的Ti/Al粉末体材料进行显微组织分析;对烧结后的Ti/Al粉体坯进行热压缩模拟试验,研究其塑性变形行为,并建立其本构关系方程和热加工图;对烧结后的Ti/Al粉体坯锻造过程进行数值模拟。本文重点研究以下内容:
　　研究了Ti/Al粉末体材料的制备工艺。通过分析不同烧结工艺烧结后的Ti/Al粉体坯料的能谱图,结合XRD可以得出Ti/Al粉体坯料在不同烧结温度和烧结时间下生成金属间化合物的情况;研究不同烧结温度和烧结时间下坯料的塑性从而确定最佳烧结工艺;
　　对不同初始密度的粉末体坯料进行热压缩模拟试验。研究了相对密度、温度、应变速率对流动应力的影响规律;建立了Ti/Al粉末体材料的本构关系方程;制作其热加工图并结合组织分析确立其最佳的锻造工艺参数;
　　采用ABAQUS模拟了Ti/Al粉末体坯料锻造过程,分析了相对密度、等效应力场、等效应变场的分布情况,并研究了摩擦系数、温度、应变速率对锻造过程的影响。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 粉末冶金成形技术

1.3 粉末锻造成形理论

1.4 粉末锻造数值模拟

1.5 主要研究内容

第2章 Ti/Al粉末体制备及试验方法

2.1 前言

2.2 试验材料

2.3 试验主要设备

2.4 试验方法

第3章 Ti/Al粉末复合体制备工艺研究

3.1 引言

3.2 Ti/Al复合粉的冷压制特性

3.3 Ti/Al复合粉低温真空烧结工艺的研究

3.4 不同烧结工艺制备的Ti/Al粉末体的压缩试验研究

3.5 本章小结

第4章 Ti/Al粉末体塑性变形行为研究

4.1 引言

4.2 变形条件对流动应力的影响

4.3 本构方程的建立

4.4 Ti/Al粉末体热加工图研究

4.5 本章小结

第5章 Ti/Al粉末体锻造数值模拟研究

5.1 引言

5.2 ABSQUS的主要模块

5.3 ABAQUS的基本分析步骤

5.4 数值模拟模型的建立

5.5 模拟工艺方案

5.6 模拟结果与分析

5.7 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致 谢