TC27钛合金平衡肘精锻成形数值模拟及优化分析

发布时间：2017-09-14 05:12

  本文关键词：TC27钛合金平衡肘精锻成形数值模拟及优化分析

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【摘要】：TC27钛合金是国内自主研发的一种新型高强度、高韧性和高淬透性近?型钛合金,可以应用于航空航天及履带车辆的结构件中。TC27钛合金锻件的锻造过程中锻件内部容易出现有缺陷的变形组织,无法保证锻件的质量。本文利用加工图技术和有限元技术相结合的方法,实现从应力状态可加工性和内禀可加工性两方面对锻造过程中的变形组织进行模拟与预测。将该方法应用对TC27钛合金平衡肘锻件锻造过程进行数值模拟,并优化其工艺参数,研究结果对获得性能良好的平衡肘锻件具有一定的指导意义和实用价值。利用加工图理论和失稳变形判据获得了TC27钛合金在不同应变下的失稳图,并确定了失稳变形组织热力参数窗口为:温度700℃~850℃,应变速率0.25 s-1~70s-1、温度850℃~900℃,应变速率0.6s-1~70 s-1、温度900℃~1000℃,应变速率1s-1~70 s-1、温度1000℃~1080℃,应变速率0.5 s-1~70 s-1、温度1080℃~1200℃,应变速率0.3 s-1~70 s-1。将失稳变形组织热力参数窗口导入Deform3D有限元软件,实现了对Deform3D有限元软件的二次开发。对TC27钛合金在900℃,0.1s-1、900℃,1s-1和900℃,10s-1时热压缩过程中的失稳变形组织演变规律进行了模拟和预测。结果表明:在900℃,0.1s-1压缩时,试样在整个压缩过程中都为稳定变形组织;在900℃,1s-1压缩时,试样中心区域和端面外圆周区域在压缩过程中先后进入失稳变形组织窗口,并随着变形的进行,失稳变形组织区域逐渐扩大,至压缩结束时试样的大部分区域处于失稳变形组织窗口。在900℃,10s-1压缩时,试样在整个压缩过程中所有区域均为失稳变形组织。利用二次开发后的Deform3D有限元软件对TC27钛合金平衡肘锻件的锻造过程进行模拟分析,研究锻造过程中锻件几何形状的变化,温度场、等效应变场、等效应力场、载荷大小及锻件失稳变形组织的演变规律进行了研究分析。研究结果表明:在平衡肘成形过程中,弯角部位最先出现失稳变形组织,随着加载步的增加,失稳变形组织区域逐渐扩大,加载结束时,锻件外沿周区域和毛边槽的桥部区域都出现了失稳变形组织。在分析影响型槽填充情况、失稳组织变形情况、变形载荷工艺参数的基础上,设计了一个L16正交试验,研究了因素(中间坯形状及尺寸、液压机压下速度、始锻温度、摩擦因子)对型槽填充情况、失稳组织变形情况、变形载荷的影响规律。研究表明:中间坯形状及尺寸对型槽填充情况的首要影响因素,压下速度对失稳组织变形情况的影响最大,始锻温度对变形载荷的影响最显著。根据综合优化分析,优化出了TC27钛合金平衡肘锻件的最优锻造工艺方案为:中间坯形状及尺寸为S4,摩擦因子为0.3,始锻温度为910℃,压下速度为1mm/s。
【关键词】：TC27钛合金 失稳图 数值模拟 失稳变形组织 正交试验
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG319
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 钛合金概述9-11
• 1.2.1 钛及钛合金简介9-10
• 1.2.2 钛合金的分类10-11
• 1.3 钛合金锻造成形技术11-12
• 1.3.1 锻造成形特点11-12
• 1.3.2 精确锻造技术12
• 1.4 加工图技术和有限元技术的发展及应用现状12-14
• 1.4.1 加工图技术的发展及应用现状12-13
• 1.4.2 有限元技术的发展及应用现状13-14
• 1.4.3 加工图和有限元技术相结合的研究现状14
• 1.5 研究目的及主要研究内容14-16
• 第二章 加工图的理论基础及失稳变形组织的模拟与预测16-33
• 2.1 加工图技术理论基础16-18
• 2.1.1 DMM理论及功率耗散图16-17
• 2.1.2 失稳变形判据及失稳图17-18
• 2.2 基于加工图和有限元技术的失稳变形组织模拟与预测方法18-19
• 2.2.1 失稳变形组织热力参数窗.的确定18-19
• 2.2.2 实现失稳变形组织模拟与预测的方法19
• 2.3 TC27钛合金失稳变形组织热力参数边界条件的确定19-25
• 2.3.1 试验材料19-20
• 2.3.2 TC27钛合金材料模型20-21
• 2.3.3 失稳图及失稳变形组织的热力参数边界条件21-25
• 2.4 TC27钛合金压缩过程失稳变形组织的模拟与预测25-32
• 2.4.1 模拟参数设定25-26
• 2.4.2 不同应速率下失稳变形组织的模拟26-27
• 2.4.3 压缩变形过程场变量的模拟结果与分析27-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 TC27钛合金平衡肘精锻成型过程及失稳变形组织的数值模拟33-47
• 3.1 模拟实验方案33-34
• 3.2 几何模型建立34-35
• 3.3 TC27钛合金平衡肘成形过程数值模拟35-45
• 3.3.1 TC27钛合金平衡肘成形模拟参数35-36
• 3.3.2 TC27钛合金平衡肘成形过程中几何形状的变化36-38
• 3.3.3 TC27钛合金平衡肘成形过程中温度演变规律38-40
• 3.3.4 TC27钛合金平衡肘成形过程中等效应变演变规律40-41
• 3.3.5 TC27钛合金平衡肘成形过程中等效应力场演变规律41-43
• 3.3.6 TC27钛合金平衡肘成形过程中载荷与行程关系曲线演变规律43-44
• 3.3.7 TC27钛合金平衡肘成形过程中失稳组织变形的演变规律44-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第四章 TC27钛合金平衡肘锻造工艺参数优化47-66
• 4.1 正交试验方案设计方法47-49
• 4.1.1 正交试验的理论基础47
• 4.1.2 正交试验的分析方法47-49
• 4.2 TC27钛合金平衡肘锻造工艺参数正交优化设计及试验49-52
• 4.2.1 确定因子和水平49-51
• 4.2.2 正交表的选择和工艺方案的确定51-52
• 4.3 正交试验模拟结果52-53
• 4.4 正交试验模拟结果分析53-59
• 4.4.1 工艺参数对平衡肘锻件型槽填充的影响及锻造工艺方案优化53-55
• 4.4.2 工艺参数对平衡肘锻件失稳变形的影响及锻造工艺方案优化55-57
• 4.4.3 工艺参数对平衡肘锻件变形载荷的影响及锻造工艺方案优化57-59
• 4.5 平衡肘锻件锻造最优工艺方案的确定59-61
• 4.6 平衡肘锻件锻造最优工艺方案的模拟验证61-64
• 4.7 本章小结64-66
• 第五章 结论66-68
• 参考文献68-71
• 发表论文和参加科研情况说明71-72
• 致谢72-73

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本文编号：848069