發(fā)布時(shí)間：2020-08-25 18:35

【摘要】：由于具有高屈強(qiáng)比和優(yōu)良的耐腐蝕性,鈦合金材料在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但室溫下鈦合金變形抗力大、塑性差及回彈變形嚴(yán)重,給鈦合金圓筒形件或變曲率件的室溫精確滾彎成形工藝帶來(lái)了挑戰(zhàn)。本文基于鈦合金的電塑性特性,提出了一種電脈沖輔助鈦合金板滾彎成形新工藝,對(duì)不同電參數(shù)(電流密度、頻率及通電時(shí)間)下TC4板的滾彎成形規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析。具體工作包括:(1)通過(guò)電脈沖輔助單向拉伸實(shí)驗(yàn),研究了不同電脈沖參數(shù)下的TC4鈦合金板的力學(xué)性能,比較了預(yù)通電處理和相同條件下退火處理對(duì)材料力學(xué)性能的改善作用,結(jié)果表明電脈沖輔助作用可顯著降低TC4鈦合金板的變形抗力,并且提高材料塑性;顯微組織分析表明電脈沖能促進(jìn)材料再結(jié)晶的發(fā)生,并改變材料的斷裂形式。(2)為便于研究電脈沖輔助鈦合金板滾彎時(shí)的回彈機(jī)制,對(duì)TC4鈦合金板滾彎的瞬態(tài)(即成形板材某一圓弧段)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究、有限元分析以及微觀組織分析。首先,采用ABAQUS有限元分析軟件模擬了電輔助滾彎瞬時(shí)的溫度場(chǎng)分布以得到合理的電參數(shù);然后,結(jié)合電脈沖輔助滾彎瞬時(shí)狀態(tài)的彎曲實(shí)驗(yàn),從電脈沖促進(jìn)材料應(yīng)力松弛角度解釋了電脈沖輔助作用對(duì)板材回彈抑制的機(jī)制;顯微組織分析表明電脈沖輔助作用也有助于促進(jìn)材料的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。(3)開(kāi)展了電脈沖輔助作用下TC4鈦合金板的連續(xù)滾彎實(shí)驗(yàn),研究了電脈沖對(duì)板料連續(xù)彎曲成形時(shí)的溫度分布規(guī)律,分析了電脈沖輔助滾彎成形試樣曲率半徑分布的穩(wěn)定性,基于平面應(yīng)變假設(shè)及考慮電脈沖影響的流動(dòng)應(yīng)力模型,推導(dǎo)了本工藝下板料回彈與電脈沖參數(shù)的關(guān)系,通過(guò)與實(shí)驗(yàn)對(duì)比,驗(yàn)證了模型的合理性;通過(guò)向材料加載非均勻電脈沖,獲得了成形變曲率零件的新途徑。此外,通過(guò)金相組織分析,研究了電脈沖對(duì)鈦合金變形層微觀組織的影響。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V252.2
【圖文】：

鈦元素被發(fā)現(xiàn)至今已經(jīng)有兩百多年的歷史，但因?yàn)殁佋氐母呷埸c(diǎn)、活潑的化學(xué)性質(zhì)使得鈦和鈦合金的制造工藝十分復(fù)雜，所以在工業(yè)生產(chǎn)中一直不能得到廣泛應(yīng)用。1932 年，盧森堡化學(xué)家 Wilhelm Justin Kroll 利用 Ca 還原 TiCl4制備了金屬鈦，被稱為“鈦工業(yè)之父”，隨后美國(guó)在 1948 年用 Mg 取代 Ca 還原制造 2 噸的海綿鈦，從此奠定了工業(yè)提取海綿鈦的“Kroll 工藝”[8]。如今，鈦合金產(chǎn)品的研發(fā)是各國(guó)競(jìng)相追求的新領(lǐng)域，同時(shí)也是衡量各國(guó)空天、汽車及醫(yī)療等行業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)準(zhǔn)[9]。鈦合金構(gòu)件在航空工業(yè)及軍事上的廣泛應(yīng)用，主要是因?yàn)槠鋬?yōu)異的綜合力學(xué)性能、良好的耐蝕性，且由于較低的密度（僅為鋼和鎳基超合金的 1/2 左右），使其獲得很高的比強(qiáng)度，所以在注重減重要求的空天領(lǐng)域中備受青睞。美國(guó)的 Douglas Aircraft 公司于 1949 年定購(gòu)了第一批真正用于飛行目的的鈦，開(kāi)辟了鈦合金在航空航天領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用的先河，美軍于 1950 年第一次在 F84 戰(zhàn)斗轟炸機(jī)上使用純鈦的后機(jī)身隔熱板、導(dǎo)風(fēng)罩和機(jī)尾罩等非承力構(gòu)件。20 世紀(jì) 60 年代后，鈦合金在航空領(lǐng)域上的用量逐漸增加，已取代鋁、鎂及某些鋼材料構(gòu)件，如圖 1.1（a）中的 A380 客機(jī)，在機(jī)翼和動(dòng)力裝置大量使用鈦合金部件；特別地，在一些承力構(gòu)件如起落架、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片及渦輪盤(pán)發(fā)揮著其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，圖 1.1（b）是通過(guò)激光增材工藝制造的迄今國(guó)際上最大的主承力關(guān)鍵鈦合金構(gòu)件：5.02m2飛機(jī)機(jī)身整體加強(qiáng)框。

可采用滾彎工藝進(jìn)行多弧段彎型，焊接后再通過(guò)整體校正工件尺寸和外形精度的方式[26]，如圖1.5 所示。(a) 多弧段滾彎 (b) 拼焊 (c) 整體件校形圖 1.5 適用于較大直徑的焊管加工路線1.3.2 滾彎工藝介紹滾彎工藝是基于三點(diǎn)成圓的數(shù)學(xué)原理，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)工作輥的相對(duì)位置向試樣加載彎矩，試樣利用工作輥與其摩擦力的帶動(dòng)下，通過(guò)旋轉(zhuǎn)不斷地產(chǎn)生塑性變形，最終獲得所需的外形形狀和尺寸精度的零件[27]。滾彎?rùn)C(jī)又稱卷板機(jī)，按工作輥數(shù)量及其排布方式、位置調(diào)整方式有多種分類方法，這里依據(jù)工作輥的數(shù)量主要分類如表 1.3。表 1.3 滾彎?rùn)C(jī)的主要類型和特點(diǎn)類型 兩軸 三軸對(duì)稱 三軸非對(duì)稱 四軸示意圖特點(diǎn)①可預(yù)彎邊，滾彎 精 度 和 效 率高。②適合滾彎6~10mm 以下的高強(qiáng)度薄板。①無(wú)預(yù)彎邊功能，剩余直邊大。②需另配預(yù)壓邊設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用范圍廣。①單向預(yù)彎邊，板料需調(diào)頭彎邊。② 中 薄 板 應(yīng) 用 較多，也有用于厚板大機(jī)型的。①有雙向預(yù)彎邊，剩余直邊短，對(duì)中方便。②卷制精度和效率高，最適合 CNC 控制。相比于需要借助液壓機(jī)或折彎壓力機(jī)模具進(jìn)行的壓彎工藝，滾彎工藝具有明顯的優(yōu)勢(shì)，比

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文件下進(jìn)行的壓縮實(shí)驗(yàn)，暗示了不只是焦耳熱一種因素起作用電塑性作用系數(shù) ξ 來(lái)聯(lián)系電流與位錯(cuò)之間的相互作用，建立了效應(yīng)的本構(gòu)方程(1-4)，采用此模型對(duì)實(shí)驗(yàn)值擬合良好。02621310nEAF instinstr VIC r uh 料常數(shù)；r0、rinst、hinst分別為初始半徑、瞬時(shí)半徑和瞬時(shí)高度塑性作用系數(shù)；V、I 為通入電壓和電流。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

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本文編號(hào)：2804048