钛合金Ti-6Al-4V热等静压部件的成形过程模拟

发布时间：2020-12-25 13:50

　　在热等静压（HIP）过程中,由于复杂的热-机耦合问题和合金粉末体的非致密化,导致压坯的初始设计形状和尺寸与HIP压制后的形状和尺寸存在少量偏差,如何精准控型成为HIP工艺实施的关键和难点之一。由于压坯整体收缩比例较大,同时伴随不规则变形,因此通过数值模拟方法,预测HIP过程中包套的变形和压坯的致密化过程,为包套结构的优化提供依据显得至关重要。然而实现复杂结构压坯的数值模拟分析,仍需在多孔体材料的本构模型、材料热物性参数和有限元方程求解等方面进行深入系统的研究。本文以Ti6Al4V合金粉末为基体,采用HIP技术成形单型芯零件和复杂结构零件,利用有限元法分析压坯的变形,并通过实验从力学性能和压坯尺寸两方面对单型芯零件进行了验证。在多孔体材料连续介质塑性理论的基础上,本文采用Shima-Oyane模型描述HIP过程中压坯的流变行为,模型引入静水压力修正因子γ和应力偏张量修正因子β两个与相对密度相关的参数,描述致密度和孔隙率对本构方程的影响。此外,由于HIP过程中伴随着蠕变现象,模型中还引入修正后的Maxwell幂律蠕变模型,描述合金粉末体的粘塑性流变行为。通过HIP中断实验,得到不同致密度下... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 金属粉末热等静压成形技术
    1.3 粉末致密化机理
        1.3.1 粉末致密化宏观机制
        1.3.2 粉末致密化微观机制
    1.4 热等静压数值模拟国内外研究进展
        1.4.1 国外研究现状
        1.4.2 国内研究现状
    1.5 热等静压有限元数值模拟
        1.5.1 屈服准则
        1.5.2 热机耦合分析
        1.5.3 接触分析
    1.6 课题主要研究目标及内容
第2章 试验材料及研究方法
    2.1 试验材料
    2.2 HIP中断试验
        2.2.1 HIP试验设备
        2.2.2 HIP试验方法
    2.3 热物性相关试验
        2.3.1 致密度测试
        2.3.2 热处理试验
        2.3.3 热膨胀系数试验
    2.4 单轴压缩试验
        2.4.1 全致密压缩试验
        2.4.2 多孔体压缩试验
    2.5 本章小结
第3章 Ti6Al4V粉末HIP成形过程数值模拟
    3.1 Ti6Al4V材料相关参数
        3.1.1 高温下的蠕变特性
        3.1.2 材料的物理特性
    3.2 Ti6Al4V本构模型参数
    3.3 Ti6Al4V粉末合金HIP数值模拟
        3.3.1 有限元模型
        3.3.2 边界定义与初始条件
        3.3.3 粉末致密化规律
        3.3.4 温度场分布
        3.3.5 Cauchy应力分布
    3.5 本章小结
第4章 模拟结果验证及性能分析
    4.1 HIP数值模拟结果验证
        4.1.1 Ti6Al4V合金粉末材料
        4.1.2 变形分析
    4.2 HIP后Ti6Al4V制件性能分析
        4.2.1 微观组织
        4.2.2 拉伸性能分析
        4.2.3 断口形貌分析
    4.3 本章小结
第5章 多型芯类零件HIP成形的模拟研究
    5.1 前处理及参数设定
    5.2 HIP成形多型芯零件的数值模拟分析
        5.2.1 有限元模型
        5.2.2 压坯致密化规律
        5.2.3 Ti6Al4V合金粉末的流动性规律
        5.2.4 Cauchy应力分布
    5.3 HIP试验结果对比分析
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 主要结论
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
附录 A 攻读硕士期间所发表的学术论文目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]等静压技术在材料加工领域的应用现状[J]. 姜卓钰,张朋,包建文,王克俭.  宇航材料工艺. 2017(01)
[2]热等静压成形2A12铝合金粉末的数值模拟研究[J]. 喻思,郎利辉,王刚,黄西娜,续秋玉,段文.  粉末冶金工业. 2016(02)
[3]Ti6Al4V合金整体零件的两步热等静压近净成形工艺探究[J]. 黄俊,薛鹏举,魏青松,史玉升.  中国机械工程. 2015(18)
[4]TC11钛合金粉末涡轮盘热等静压成形数值模拟研究[J]. 喻思,郎利辉,姚松,王刚,布国亮,续秋玉.  锻压技术. 2015(03)
[5]基于Ti-6Al-4V的热等静压与温压成形数值模拟对比研究[J]. 姚松,郎利辉,布国亮,张东星,王刚.  锻压技术. 2013(03)
[6]粉末近净成形技术研究现状[J]. 蔡青山,马运柱,刘文胜.  粉末冶金工业. 2011(06)
[7]316L粉末热等静压致密化过程数值模拟[J]. 刘国承,史玉升,魏青松,薛鹏举.  华中科技大学学报(自然科学版). 2011(10)
[8]钛合金热等静压模拟本构关键参数确定及工艺优化[J]. 郎利辉,布国亮,薛勇,张东星.  塑性工程学报. 2011(04)
[9]热等静压包套变形与粉末致密化的研究[J]. 侯志强,史玉升,刘国承,王基维,魏青松.  材料与冶金学报. 2011(02)
[10]热等静压(HIP)技术和设备的发展及应用[J]. 尚文静.  有色冶金设计与研究. 2010(01)

硕士论文
[1]钛及钛合金微压缩变形行为及微观组织演变规律研究[D]. 张美微.哈尔滨工业大学 2015
[2]不锈钢粉末热等静压成形模拟与包套设计研究[D]. 李玉敏.山东大学 2015
[3]不锈钢粉末热等静压成形模拟与包套制造工艺研究[D]. 曲兵兵.华中科技大学 2009
[4]粉末成形过程的计算机模拟[D]. 周洁.昆明理工大学 2005



本文编号：2937776