β-CEZ钛合金的热变形行为及加工图研究

摘要

随着高速飞行器领域的快速发展，对高强轻质材料的需求也在持续上升，高强度的钛合金正符合这种需求。其中β型钛合金不仅可以通过热处理获得理想的强度和韧性匹配，而且具有良好的冷热加工性能，是目前国内外高强钛合金的主要发展方向。
　　本文通过对β-CEZ钛合金的热模拟压缩实验，并结合显微组织观察，研究其热变形行为及显微组织演变。依据Arrhenius方程和人工神经网络建立了其本构模型，并通过动态材料模型和人工神经网络建立了加工图。分析了其热变形特点并通过有限元仿真对模型进行了应用。主要结论如下：
　　(1)研究了热变形参数对β-CEZ钛合金流变应力影响的规律，其对变形温度和应变速率敏感。在不同的变形温度和应变速率下呈现出动态再结晶和动态回复两种软化机制，在相变点以上应变速率较高的条件下发生不连续屈服现象，与晶界突然增值大量可动位错形成孪晶有关。
　　(2)通过Arrhenius方程结合Z参数和人工神经网络两种方法建立了β-CEZ钛合金的本构模型，并获得了材料的热变形激活能。两种本构模型均有较高精度。
　　(3)通过加工图理论，基于动态材料模型使用数学和人工神经网络两种方法建立了β-CEZ钛合金的加工图，结果表明：在功率耗散率极大值区域会发生片层组织球化（800~850?/0.01~0.1???）和动态再结晶（900~1000?/0.1???），在失稳区域内容易产生绝热剪切带（800~850?/1~10???）和局部塑形流动（900~1000?/10???），在设计热变形工艺时应当回避失稳区域。
　　(4)基于本研究所建立的材料本构模型，对由加工图选取的热变形工艺参数进行了有限元仿真。对实际生产的加工过程进行了模拟分析，并对本研究建立的本构模型及加工图进行了应用。

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1 综述

1.1 钛合金简介

1.2 高强β钛合金的研究现状

1.3 热变形本构关系

1.4 加工图理论

1.5 人工神经网络

1.6 DEFORM简介

1.7 研究的目的、内容与意义

2 实验材料及实验方法

2.1 试验材料

2.2 技术路线

2.3 热压缩模拟试验

2.4 显微组织观察

3 钛合金热变形流变行为与本构关系

3.1β-CEZ钛合金真应力-真应变曲线

3.2β-CEZ钛合金数学模型本构方程

3.3β-CEZ钛合金人工神经网络本构模型

3.4 本章小结

4 钛合金热加工图及显微组织演变

4.1β-CEZ钛合金加工图建立

4.2β-CEZ钛合金加工图分析与显微组织演变

4.3 应用BP网络绘制加工图

4.4 本章小结

5 热变形过程的有限元仿真

5.1 热压缩有限元仿真的前处理

5.2 热压缩有限元仿真的后处理

5.3 挤压管坯有限元仿真的前处理

5.4 挤压管坯有限元仿真的后处理

5.5 本章小结

6 结 论

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表论文情况