Ti-6.62Al-5.14Sn-1.82Zr钛合金高温变形行为及模型研究

摘要

金属的塑性变形过程是一个十分复杂的物理过程，材料在高温变形时不仅宏观力学性能会发生变化，内部微观组织也会经历一系列变化，而金属内部的微观组织演变不仅对变形过程本身产生作用，而且在很大程度上直接决定了材料的宏观力学行为。因此，在正确理解金属塑性变形机理的基础上，建立精确的微观组织模型和反映微观组织参数影响的流动应力模型是实现材料变形过程的变形．传热．微观组织耦合数值模拟的基础，而且对于揭示金属塑性成形规律，优化工艺参数，提高产品质量及性能，促进先进塑性加工技术的发展具有重要意义。 Ti-6.62Al-5.14Sn-1.82Zr钛合金是一种近α型高温钛合金，具有优良的热强性和热稳定性，最高工作温度可达600℃。本文在热模拟压缩实验和定量金相实验的基础上，研究了变形工艺参数对Ti-6.62Al-5.14Sn-1.82Zr钛合金微观组织的影响，运用模糊神经网络理论建立了Ti-6.62Al-5.14Sn-1.82Zr钛合金在高温变形过程中的微观组织模型，并在微观组织模型的基础上，建立了反映微观组织参数影响的流动应力模型，考虑变形过程中的传热，将建立的流动应力模型耦合到有限元程序中，建立了变形．传热一微观组织的有限元耦合模拟系统，应用此系统实现了Ti-6.62Al-5.14Sn-1.82Zr钛合金镦粗过程的耦合数值模拟，研究了Ti-6.62Al-5.14Sn-1.82Zr钛合金镦粗过程的工艺参数对应变场、应力场、温度场和微观组织场的影响。 应用实验结果对微观组织模型和流动应力模型的有效性进行了验证。研究结果表明：模型的计算值与实验值吻合良好。Ti-6.62Al-5.14Sn-1.82Zr钛合金在高温变形过程中的微观组织模型和流动应力模型具有较高的预测精度。

目录

文摘

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本文的创新点及主要贡献

第1章绪 论

1.1钛合金的特点、研究进展及其应用

1.1.1钛合金的特点及研究进展

1.1.2钛合金的应用

1.2钛合金的微观组织和性能

1.3钛合金的锻造技术

1.4数值模拟技术及其应用

1.4.1数值模拟技术在塑性成形中的应用

1.4.2数值模拟技术在微观组织预测中的应用

1.4.3数值模拟技术在镦粗成形中的应用

1.5本文研究的目的和意义

1.6本文的主要研究内容

第2章变形工艺参数对微观组织的影响

2.1引言

2.2微观组织定量研究简介

2.3实验材料与方法

2.3.1实验材料

2.3.2实验方法

2.4实验结果与分析

2.4.1变形温度的影响

2.4.2应变速率的影响

2.4.3变形程度的影响

2.5本章小结

第3章微观组织参数及流动应力模型

3.1引言

3.2模糊神经网络的基本原理

3.2.1模糊神经元

3.2.2模糊神经元的学习和自适应机制

3.2.3模糊神经网络的类型

3.3 Pi-sigma神经网络及学习算法

3.3.1 Pi-sigma模糊神经网络模型

3.3.2学习算法

3.4塑性变形本构方程简介

3.5微观组织模型

3.5.1输入变量的区间划分与隶属函数的选取

3.5.2模糊训练及可靠性验证

3.6耦合晶粒尺寸的流动应力模型

3.6.1流动应力模型的应用

3.6.2模型验证

3.7本章小结

第4章镦粗成形过程的耦合数值模拟

4.1引言

4.2数值模拟的基础理论及关键技术

4.2.1刚粘塑性材料塑性变形的基本假设

4.2.2刚粘塑性有限元基本方程

4.2.3变形-传热耦合分析

4.2.4数值模拟关键技术及其处理

4.3镦粗过程的数值模拟

4.3.1相关模型

4.3.2数值模拟方案

4.3.3数值模拟结果及分析

4.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢