Ti-6Al-4V粉末压制本构模型研究

发布时间：2020-11-06 05:40

　　 钛及钛合金由于其密度低、焊接性能良好、比强度和刚度高、无磁、良好的耐腐蚀及优异的生物相容性等特点,在航天、航空、汽车、船舶、海洋工程、装甲和生物医疗等方面有着广泛的应用。Ti-6Al-4V合金的使用量占到钛及钛合金总使用量的八成左右,是钛合金中的王牌合金,研究Ti-6Al-4V合金零件的成形对整个钛合金的使用及发展至关重要。Ti-6Al-4V粉末冶金技术可以避免钛合金锻造和铸造过程中的种种缺陷与不足,继承并结合两者的优势,有着良好的发展前景。随着对Ti-6Al-4V粉末冶金技术研究的深入,人们需要对Ti-6Al-4V粉末冶金工艺中的压制过程进行模拟分析,而本构模型决定着Ti-6Al-4V粉末压制成形过程分析的准确性。由于Ti-6Al-4V粉末压制成形过程非常复杂,目前仍没有一个公认的本构模型描述其压制成形过程。鉴于此,本文通过实验建立了Ti-6Al-4V粉末压制的修正Drucker-Prager Cap本构模型,并用有限元软件ABAQUS对建立的模型进行了模拟验证,分析了模壁摩擦系数、压制方式和高径比对压坯平均相对密度及密度分布的影响规律。首先,在室温下通过单轴压缩实验、巴西圆盘实验以及模压实验,经计算建立了Ti-6Al-4V粉末冷模压制的修正Drucker-Prager Cap本构模型,得到了模壁摩擦系数随压制力变化的关系。当上模冲压力小于某一值(50MPa)时,随上模冲压力的增加,模壁摩擦系数逐渐减小;当上模冲压力大于该值(50MPa)后,上模冲压力增加,模壁摩擦系数基本不变。然后将建立的Ti-6Al-4V粉末冷模压制的修正Drucker-Prager Cap本构模型进行ABAQUS模拟验证。模拟结果表明,ABAQUS模拟压制结果与模压实验结果有很高的契合度,说明建立的本构模型能有效的分析Ti-6Al-4V粉末冷模压制成形过程。随后通过ABAQUS软件分析了模壁摩擦系数、压制方式和高径比对压坯致密度及密度分布的影响规律。模拟结果表明,模壁摩擦系数越小,压坯的平均相对密度越高,密度分布范围越小;采用双向压制时,压坯平均相对密度比单向压制高,密度分布更均匀;压坯高径比越大,压坯分层情况越严重,密度分布范围越大,越不均匀。最后,在80℃、140℃、200℃、260℃下分别进行了热压实验,然后将各温度条件下的压坯进行了相应的单轴压缩实验和巴西圆盘实验,分析归纳了线性剪切破坏面参数随温度变化的关系,进而建立了Ti-6Al-4V粉末随压制温度变化的修正Drucker-Prager Cap本构模型,并用ABAQUS软件进行了模拟验证。
【学位单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TF125.2
【部分图文】：

第 2 章 修正 Drucker-Prager Cap 本构模型首先介绍 Ti-6Al-4V 粉末压制过程模拟分析拟采用的修正ap 本构模型，然后讨论模型中各参数的物理意义及实验测试与本模型 Drucker-Prager Cap 本构模型[55]为各向同性，其屈服面由 3 部剪切破坏面，控制材料在剪切作用下的移动；一个帽子曲面压缩而造成的屈服，此外还可控制材料在剪切力下的无约束面，同时与帽子曲面和剪切破坏面相切，便于进行数值计算

图 2-2 修正 Drucker-Prager Cap 本构模型的塑性势面在修正 Drucker-Prager Cap 本构模型中，除了 α 外，β、d、 、 和 R 都是相对密度相关的函数，他们一起确定了修正 Drucker-Prager Cap 本构模型。此外，弹性模量 E、泊松比 υ 和摩擦系数 μ 也是压制过程中的重要参量。2.2 模型参数的确定2.2.1 剪切破坏面的参数确定（β、d）尽管在上一节中已经给出了修正 Drucker-Prager Cap 本构模型中线性剪切破坏面 的计算公式，但摩擦角 β 和内聚力 d 还需通过实验测试进行计算。在修正 Drucker-Prager Cap 本构模型中，通常用下列四种实验中的两种来确定剪切破坏面，这四种实验分别是：单轴拉伸实验、剪切实验、巴西圆盘（径向压缩）实验和单轴压缩实验，这四个实验在线性剪切破坏线上最大加载点的 q/p

切破坏面的确定：（1）单轴拉伸实验；（2）剪切实（3）巴西圆盘实验；（4）单轴实验，如图 2-4（a）所示，可获得 Ti-6Al-4V 粉末缩强度，在进行轴向压缩实验时，压坯须剪切破坏向最大压制破坏力决定，其关系如下：= 大压制破坏力，D 为压坯的直径，且对于单轴压= 。实验，如图 2-4（b）所示，可获得 Ti-6Al-4V 粉末压缩强度，在进行巴西圆盘实验时，压坯须沿直径强度 由径向最大压制破坏力决定，其关系如下：σ = 大压制破坏力， t 为压坯的高度。且对于巴西圆
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本文编号：2872725