TC27钛合金平衡肘精锻成形数值模拟及优化分析

摘要

TC27钛合金是国内自主研发的一种新型高强度、高韧性和高淬透性近?型钛合金，可以应用于航空航天及履带车辆的结构件中。TC27钛合金锻件的锻造过程中锻件内部容易出现有缺陷的变形组织，无法保证锻件的质量。本文利用加工图技术和有限元技术相结合的方法，实现从应力状态可加工性和内禀可加工性两方面对锻造过程中的变形组织进行模拟与预测。将该方法应用对TC27钛合金平衡肘锻件锻造过程进行数值模拟，并优化其工艺参数，研究结果对获得性能良好的平衡肘锻件具有一定的指导意义和实用价值。
　　利用加工图理论和失稳变形判据获得了TC27钛合金在不同应变下的失稳图，并确定了失稳变形组织热力参数窗口为：温度700℃~850℃，应变速率0.25 s-1~70 s-1、温度850℃~900℃，应变速率0.6s-1~70 s-1、温度900℃~1000℃，应变速率1 s-1~70 s-1、温度1000℃~1080℃，应变速率0.5 s-1~70 s-1、温度1080℃~1200℃，应变速率0.3 s-1~70 s-1。
　　将失稳变形组织热力参数窗口导入 Deform3D有限元软件，实现了对Deform3D有限元软件的二次开发。对TC27钛合金在900℃，0.1s-1、900℃，1s-1和900℃，10s-1时热压缩过程中的失稳变形组织演变规律进行了模拟和预测。结果表明：在900℃，0.1s-1压缩时，试样在整个压缩过程中都为稳定变形组织；在900℃，1s-1压缩时，试样中心区域和端面外圆周区域在压缩过程中先后进入失稳变形组织窗口，并随着变形的进行，失稳变形组织区域逐渐扩大，至压缩结束时试样的大部分区域处于失稳变形组织窗口。在900℃，10s-1压缩时，试样在整个压缩过程中所有区域均为失稳变形组织。
　　利用二次开发后的Deform3D有限元软件对TC27钛合金平衡肘锻件的锻造过程进行模拟分析，研究锻造过程中锻件几何形状的变化，温度场、等效应变场、等效应力场、载荷大小及锻件失稳变形组织的演变规律进行了研究分析。研究结果表明：在平衡肘成形过程中，弯角部位最先出现失稳变形组织，随着加载步的增加，失稳变形组织区域逐渐扩大，加载结束时，锻件外沿周区域和毛边槽的桥部区域都出现了失稳变形组织。
　　在分析影响型槽填充情况、失稳组织变形情况、变形载荷工艺参数的基础上，设计了一个 L16正交试验，研究了因素(中间坯形状及尺寸、液压机压下速度、始锻温度、摩擦因子)对型槽填充情况、失稳组织变形情况、变形载荷的影响规律。研究表明：中间坯形状及尺寸对型槽填充情况的首要影响因素，压下速度对失稳组织变形情况的影响最大，始锻温度对变形载荷的影响最显著。
　　根据综合优化分析，优化出了TC27钛合金平衡肘锻件的最优锻造工艺方案为：中间坯形状及尺寸为S4，摩擦因子为0.3，始锻温度为910℃，压下速度为1mm/s。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1引言

1.2 钛合金概述

1.3 钛合金锻造成形技术

1.4 加工图技术和有限元技术的发展及应用现状

1.5 研究目的及主要研究内容

第二章 加工图的理论基础及失稳变形组织的模拟与预测

2.1 加工图技术理论基础

2.2 基于加工图和有限元技术的失稳变形组织模拟与预测方法

2.3 TC27钛合金失稳变形组织热力参数边界条件的确定

2.4 TC27钛合金压缩过程失稳变形组织的模拟与预测

2.5 本章小结

第三章 TC27钛合金平衡肘精锻成型过程及失稳变形组织的数值模拟

3.1 模拟实验方案

3.2 几何模型建立

3.3 TC27钛合金平衡肘成形过程数值模拟

3.4 本章小结

第四章 TC27钛合金平衡肘锻造工艺参数优化

4.1正交试验方案设计方法

4.2 TC27钛合金平衡肘锻造工艺参数正交优化设计及试验

4.3 正交试验模拟结果

4.4 正交试验模拟结果分析

4.5平衡肘锻件锻造最优工艺方案的确定

4.6平衡肘锻件锻造最优工艺方案的模拟验证

4.7 本章小结

第五章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢

声明