TC4-6061复合板热轧复合工艺及有限元模拟

发布时间：2017-08-15 01:28

  本文关键词：TC4-6061复合板热轧复合工艺及有限元模拟

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【摘要】：TC4-6061钛铝合金复合板同时兼有两种组元合金的优点,是一种重量轻,强度高,耐磨,耐腐蚀的优质材料,在航空、航天、汽车、石油化工和生活用品等领域具有非常广阔的应用前景。本文采用经典复合板理论对TC4-6061复合板的力学性能进行了计算,利用有限元软件DEFORM模拟了TC4-6061复合板的热轧复合过程,并利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对模拟结果进行了试验验证。基于经典复合板理论推导出了TC4-6061复合板的刚度和强度计算公式,计算出不同包覆率的TC4-6061复合板的刚度、强度和比刚度、比强度。计算结果表明:随着钛合金层相对厚度的增加,TC4-6061对称复合板的拉伸刚度、弯曲刚度、拉伸强度和弯曲强度都迅速增加,拉伸比刚度和拉伸比强度变化不大,弯曲比刚度和弯曲比强度呈先增加后减小的趋势。包覆率在0.3~0.6范围内,TC4-6061对称复合板的力学性能较好。利用DEFORM-2D软件对TC4-6061复合板的热轧复合过程进行了有限元模拟,提出了TC4-6061复合板接触界面结合状况的预判模型。分析了不同压下量、不同轧制温度下复合板中的应力场、应变场、速度场和温度场分布,得出其轧制过程的变形规律。模拟结果表明轧制温度在350℃到450℃之间时,两种金属能够形成复合的临界压下率在25%左右。轧制温度在350℃时,当压下率超过30%时复合板的结合效果较好,而轧制温度在400℃到450℃之间时,只要压下率超过25%时两种金属就能形成良好结合。在轧制温度在350℃~450℃内,当压下率在30%到35%之间时轧辊对两种合金板已复合的部分破坏程度较大,而且轧制温度越低破坏程度越大。对TC4-6061复合板的热轧复合工艺进行了试验验证,确定了热轧工艺参数。对不同轧制温度、不同压下率条件下制备出的TC4-6061复合板进行了SEM和EDS分析,验证了有限元模拟结果的准确性。并对TC4钛合金和6061铝合金的结合界面进行了分析,用表面薄膜破裂机理解释了两种金属的结合机制。
【关键词】：TC4-6061复合板 复合轧制 有限元模拟 结合机理 力学性能
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG335.81
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 引言10
• 1.2 金属复合板的结合机理和制备工艺10-14
• 1.2.1 双金属结合机理10-11
• 1.2.2 金属复合板的制备工艺11-14
• 1.3 钛铝复合板的研究现状14-16
• 1.4 有限元的基本原理及其在金属复合轧制中的应用16-18
• 1.5 课题研究的目的及主要内容18-20
• 第2章 TC4-6061复合板力学性能设计20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 TC4-6061复合板刚度的理论计算20-26
• 2.2.1 经典复合板理论20-21
• 2.2.2 一般复合板的面内刚度21-24
• 2.2.3 TC4-6061复合板的刚度计算24-26
• 2.3 TC4-6061复合板强度的理论计算26-33
• 2.3.1 一般复合板的强度计算方法26-27
• 2.3.2 TC4-6061复合板的强度计算27-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 TC4-6061复合板热轧复合过程的有限元模拟34-55
• 3.1 DEFORM有限元软件介绍34-35
• 3.2 TC4-6061复合板热轧复合工艺的有限元模拟方法35-42
• 3.2.1 几何特征和有限元模型的建立35-36
• 3.2.2 网格划分36-37
• 3.2.3 材料模型的建立37-40
• 3.2.4 接触关系和边界条件的设定40-42
• 3.2.5 TC4-6061复合板热轧界面结合判定条件42
• 3.3 模拟结果分析与讨论42-53
• 3.3.1 温度场计算结果分析42-45
• 3.3.2 应力场计算结果分析45-50
• 3.3.3 TC4-6061复合板热轧变形特点50-52
• 3.3.4 轧制分离力的分析52-53
• 3.4 本章小结53-55
• 第4章 热轧复合TC4-6061复合板的实验研究55-62
• 4.1 实验材料与方法55-57
• 4.1.1 实验材料55
• 4.1.2 轧制复合工艺流程55-57
• 4.2 实验结果分析57-62
• 4.2.1 TC4-6061复合板结合状况分析57-60
• 4.2.3 TC4-6061复合板的结合机理分析60-62
• 4.3 本章小结62
• 结论62-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果69-70
• 致谢70-71
• 作者简介71

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 彭超楠;ZrTiAlV合金锻造过程中变形与组织演化规律[D];燕山大学;2016年

2 李学敏;中间层采用预轧制坯的特厚钢板三层轧制复合机理实验研究[D];燕山大学;2016年

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本文编号：675697