钛合金整体结构件加工变形规律及其微观机理的研究

摘要

航空整体结构件的加工变形是当前航空制造业面临的最突出问题之一。钛合金材料因其优异的综合力学性能、低密度、良好的耐腐蚀性以及优异的高温抗拉强度、蠕变强度和高温稳定性等，在航空整体结构件制造中获得了大量应用。材料学领域研究表明，任何一种物质的宏观性能都取决于其内部的微观结构。目前，国内外学者对航空整体结构件加工变形问题的研究大多停留在宏观残余应力对加工变形的影响和有限元数值模拟预测方面，很少深入到微观层面上，对整体结构件加工变形机理的研究存在片面性。本文采用实验与理论相结合的方法，对钛合金航空整体结构件加工变形规律及其微观机理进行了深入、系统地研究。
　　论文首先基于现场实际航空梁类整体结构件的形状和尺寸，采取成比例缩小的处理方法设计了钛合金整体结构件比例件;按照相同的切削参数、加工方式和装夹布局切削加工6个形状和尺寸完全一致的钛合金整体结构件;其次，利用三坐标测量仪“分阶段”测量钛合金整体结构件的加工变形情况，通过实验得到钛合金整体结构件的加工变形规律，此实验研究结果为TEM实验取样和钛合金整体结构件加工变形的微观机理研究打下基础。
　　其次，利用高分辨透射电子显微镜对不同加工变形阶段的钛合金整体结构件的显微组织进行了观察和分析，研究了不同变形阶段的微观组织情况;然后对相邻阶段的微观组织进行对比分析，研究了钛合金整体结构件加工变形的微观组织演化;最后，结合钛合金整体结构件的加工变形规律，揭示了钛合金整体结构件加工变形的微观机理。
　　最后，在上述研究的基础上，结合位错动力学理论和位错与塑性变形之间的理论计算建立了位错与钛合金整体结构件加工变形之间的理论数学关系模型。该理论数学模型的建立是对微观位错组态演化过程和与之相应的宏观塑性变形行为的初步理论探索，为揭示钛合金整体结构件加工变形的本质机理提供新思路。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 钛合金概述

1．2．1 钛合金的分类及性能特点

1．2．2 钛合金的典型组织形态

1．2．3 钛合金在航空零件制造中的应用

1．3 航空整体结构件的变形分析

1．3．1 航空整体结构件的分类及结构特点

1．3．2 变形的分类

1．3．3 典型航空整体结构件的加工变形特点

1．4 航空整体结构件加工变形的研究现状及存在问题

1．5 位错与塑性变形

1．6 论文研究的意义、目标、内容

1．6．1 研究的意义与目标

1．6．2 主要研究内容

第2章 钛合金整体结构件加工变形规律的实验研究

2．1 实验方案

2．2 钛合金整体结构件零件设计

2．3 钛合金整体结构件的加工变形实验

2．3．1 钛合金整体结构件零件毛坯的线切割实验

2．3．2 钛合金整体结构件零件的铣削加工实验

2．4 钛合金整体结构件加工变形量的测量

2．4．1 测量方案

2．4．2 测量实验

2．4．3 测量结果

2．5 不同阶段的钛合金整体结构件加工变形量规律分析

2．6 本章小结

第3章 钛合金整体结构件加工变形过程中的微观机理研究

3．1 研究方案

3．2 TEM实验

3．2．1 透射电镜样品的制备

3．2．2 透射电镜的成像原理

3．2．3 透射电镜拍摄图形的操作程序

3．3 钛合金整体结构件加工变形不同阶段的显微组织演变分析

3．3．1 第一阶段钛合金整体结构件的显微组织

3．3．2 第二阶段钛合金整体结构件的显微组织

3．3．3 第三阶段钛合金整体结构件的显微组织

3．4 钛合金整体结构件加工变形的微观机理

3．5 本章小结

第4章 位错与钛合金整体结构件加工变形之间数学关系模型的构建

4．1 钛合金整体结构件加工变形时位错分布的动力学模型

4．2 钛合金整体结构件加工变形的位错滑移物理模型

4．3 位错与塑性变形的理论计算

4．4 位错与加工变形之间的理论数学关系模型

4．5 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间完成的学术论文及成果

致谢