基于混合材料模型的颗粒增强钛基复材高速磨削温度研究

摘要

针对颗粒增强钛基复合材料(Particulate reinforced titanium matrix composites, PTMCs)高速磨削加工,建立一种三维混合材料磨削温度场有限元仿真计算模型,既考虑了Ti-6Al-4V基体材料特性,又包含了材料内部的Ti C增强颗粒,由此分析了高速磨削过程中温度场特征及其演变规律。结果表明:基于三维混合材料模型的PTMCs磨削温度预测值与试验值相差小(为8%以下),而基于普通均质材料模型的磨削温度预测值与试验值相差大(为16%以上)。PTMCs工件表面磨削温度随着磨削用量的增加逐渐上升。当砂轮线速度为120 m/s、工件进给速度为6 m/min时,磨削深度从20μm增加到100μm,PTMCs工件表面磨削温度从346℃增加到987℃,温度梯度值从1 070~624℃/mm增加到1 570~1 310℃/mm。磨削温度及其分布梯度对PTMCs亚表层显微组织变化层深度存在显著影响,磨削深度从40μm上升到80μm,显微组织变化层深度从22μm增大到40μm;当磨削深度进一步从80μm增加到100μm时,显微组织变化层深度增加到53μm。