Ti6242钛合金闪光焊过程中高温变形行为及有限元模拟

发布时间：2017-10-07 20:46

  本文关键词：Ti6242钛合金闪光焊过程中高温变形行为及有限元模拟

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【摘要】：本文研究了Ti6242钛合金高温变形行为、利用有限元模拟软件模拟了闪光焊接过程中焊件的温度场及应力场、在有限元模拟温度场的基础上,根据等温加热过程中β晶粒长大模型,求解闪光焊过程中热影响区晶粒长大方程、最后比较不同工艺条件下试样的拉伸强度和冲击吸收功确定最佳焊接工艺。利用Gleeble-3800对Ti6242钛合金进行热模拟压缩试验。研究了压缩量为60%、应变速率分别为0.01 s-1、0.1 s-1、1 s-1、10 s-1,变形温度分别是900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃条件下试样的热变形行为。分析变形速率及温度对材料组织的影响。根据实验参数得出Ti6242钛合金本构方程,绘制Ti6242钛合金真应力—应变曲线,基于动态材料模型建立热加工图。结果表明:流变应力受变形温度和应变速率的影响显著,随着变形温度的升高而下降,随着应变速率的增加而升高,变形激活能Q=453.742761 KJ/mol,最佳热加工工艺为变形温度为1000℃应变速率为0.1 s-1。利用有限元模拟软件ansys模拟闪光焊接过程中试样的温度场及应力场。比较三种不同的加载热源的方法所得到的温度场,其中多步载荷加载端面温度的方法所得到的结果与实际情况较相似。再以温度场所得结果为载荷施加压强得到顶锻过程中的应力场。利用热模拟压缩实验得到的金相组织和闪光焊试样的金相组织进行对比,验证有限元模拟的可行性。根据有限元模拟的温度曲线,结合焊接热循环曲线数学模型的研究成果得到Ti6242钛合金在闪光焊热影响区晶粒长大模型。首先,研究Ti6242钛合金在1000℃,1050℃,1100℃,1150℃温度下加热10min,20min,30min,60mi n后β晶粒的长大情况。结果表明:随着温度的升高,时间的增加,晶粒也随着长大,等温长大曲线近似抛物线形。由实验数据可以算出Ti6242钛合金的晶粒长大指数n=0.28,、晶粒长大激活能为153.81KJ/mol、晶粒长大模型为:D=e17.77t0.28exp(-153810/RT)。得到焊缝热影响区晶粒长大的模型为:根据热模拟过程中得到的最佳变形工艺设定闪光焊过程中的顶锻速率,制定在不同闪光电流及顶端力条件下的焊接工艺。观察在不同电流和顶锻力下试样的显微组织,比较抗拉强度和冲击吸收功确定最佳焊接工艺。
【关键词】：Ti6242钛合金 应力应变曲线 加工图 温度场 应力场 晶粒长大模型
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.19
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 钛合金的概述、分类及国内外发展现状8-11
• 1.1.1 钛合金的概述8-9
• 1.1.2 钛合金的分类9-10
• 1.1.3 国内外发展现状10-11
• 1.2 闪光焊技术11-13
• 1.2.1 闪光对焊的原理12
• 1.2.2 闪光过程分析12-13
• 1.2.3 钛合金闪焊接中存在的主要问题13
• 1.3 材料的高温变形行为研究13-17
• 1.3.1 动态回复与动态再结晶14-16
• 1.3.2 材料的高温流变行为16
• 1.3.3 加工图16-17
• 1.4 有限元模拟技术17-18
• 1.5 TI6242钛合金闪光焊热影响区晶粒长大模型的研究18
• 1.6 研究的目的及主要内容18-20
• 第二章 TI6242钛合金高温变形行为研究20-30
• 2.1.实验材料及实验方案20
• 2.2.实验结果与分析20-29
• 2.2.1 Ti6242合金的真应力—应变曲线20-21
• 2.2.2 Ti6242钛合金的本构方程21-24
• 2.2.3 Ti6242钛合金的热加工图24-26
• 2.2.4 Ti6242钛合金的组织变化26-29
• 2.3 本章小结29-30
• 第三章 闪光焊温度场及应力场有限元模拟30-48
• 3.1 焊接温度场的计算原理30-34
• 3.2 利用 ANSYS 进行有限元模拟34-35
• 3.2.1 有限元模拟的特点34-35
• 3.2.2 利用 ansys 进行有限元模拟的步骤35
• 3.3 利用有限元软件模拟焊接温度场35-38
• 3.3.1 建立有限元模型35-36
• 3.3.2 材料物性参数的选取36-37
• 3.3.3 边界条件37
• 3.3.4 加载和求解37-38
• 3.4 闪光焊接应力场模拟38-45
• 3.4.1 热弹塑性分析的理论基础39-40
• 3.4.2 热弹塑性理论在有限元中的应用40-41
• 3.4.3 焊接应力场的计算结果与分析41-45
• 3.5 金相组织验证45-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 TI6242钛合金闪光焊热影响区晶粒长大模型研究48-56
• 4.1 实验材料及实验方案48-49
• 4.2 实验结果与分析49-51
• 4.3 焊接热影响区晶粒长大模型51-54
• 4.3.1 闪光焊焊接热循环曲线方程的建立52-54
• 4.3.2 闪光焊热影响区晶粒长大方程的建立54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 闪光焊接头金相组织、性能和工艺关系的研究56-64
• 5.1 试验方案设计56-57
• 5.1.1 闪光对焊的工艺流程56
• 5.1.2 影响焊接接头性能的工艺参数56-57
• 5.2 试验材料及实验设备57-59
• 5.2.1 实验材料57
• 5.2.2 实验设备57-58
• 5.2.3 试验过程58-59
• 5.3 实验结果与分析59-63
• 5.3.1 焊接接头金相组织观察59-61
• 5.3.4 焊接试样的拉伸试验61-62
• 5.3.5 焊接接头的冲击实验62-63
• 5.4 本章小结63-64
• 结论64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 附录70-72

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