本文關(guān)鍵詞：TC21復(fù)雜構(gòu)件高效超塑成形技術(shù)的研究

  更多相關(guān)文章： TC21 高效法 本構(gòu)方程 超塑性 數(shù)值模擬

【摘要】：TC21是應(yīng)用于現(xiàn)代航空航天領(lǐng)域的一種新型損傷容限型鈦合金,本文所研究的對象TC21鈦合金左推力銷支座是飛機(jī)的重要承力結(jié)構(gòu)件之一,但其形狀復(fù)雜,在普通鍛造成形過程中材料利用率低下,組織性能無法滿足需求。怎樣才能完整并高效地成形損傷容限型鈦合金復(fù)雜構(gòu)件已成為亟需解決的問題。本文提出的高效超塑等溫鍛造成形方法,與傳統(tǒng)的普通模鍛成形方法相比,不僅能滿足產(chǎn)品構(gòu)件復(fù)雜的形狀要求,而且能有效地提高超塑性成形效率。該方法在航空復(fù)雜構(gòu)件超塑成形的工程應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文對供貨態(tài)的TC21鈦合金進(jìn)行了一系列組織分析測試和超塑性力學(xué)性能研究,根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果構(gòu)建了TC21鈦合金超塑性本構(gòu)方程,還通過有限元軟件DEFORM進(jìn)行超塑性拉伸和超塑性等溫鍛造數(shù)值模擬,獲取最佳變形參數(shù)。具體研究內(nèi)容如下:(1)對供貨態(tài)TC21鈦合金使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行金相分析,使用掃描電鏡進(jìn)行能譜測試獲得其元素成分含量,通過計(jì)算法得到其β轉(zhuǎn)變溫度為965℃。(2)在電子拉伸試驗(yàn)機(jī)上對TC21鈦合金試樣在860℃-940℃進(jìn)行了最大m值法、基于m值的高效法、應(yīng)變速率循環(huán)法超塑性拉伸實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,900℃溫度下:最大m值法的延伸率達(dá)到431.49%,變形效率為2.48;而高效法的延伸率為293.87%,所對應(yīng)的變形效率卻達(dá)到了15.15,高效法較最大m值法來說變形效率提高了6.1倍。(3)在溫度為860℃-940℃范圍內(nèi)進(jìn)行五組應(yīng)變速率循環(huán)法超塑性拉伸實(shí)驗(yàn),利用了逐步回歸的方法,構(gòu)建基于Arrhenius的TC21鈦合金超塑性本構(gòu)方程,求出激活能為233.712kJ/mol。再通過1stOpt軟件回歸擬合進(jìn)行本構(gòu)模型的修正后,其計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的匹配度高達(dá)0.99。該本構(gòu)方程可以精確地反映材料流動應(yīng)力與應(yīng)變、應(yīng)變速率和變形溫度之間關(guān)系,還可作為有限元模擬條件。(4)設(shè)計(jì)超塑性等溫鍛件及模具,將有限元模型導(dǎo)入DEFORM-3D軟件,對左推力銷支座鍛件的成形過程進(jìn)行數(shù)值模擬。模擬不同的參數(shù)條件和鍛造工藝方法對鍛造過程的影響,可獲得金屬流動變化規(guī)律、應(yīng)力應(yīng)變等參數(shù)變化和載荷曲線等。根據(jù)模擬結(jié)果優(yōu)化毛坯和模具,確定最佳成形方法,為TC21鈦合金左推力銷支座的實(shí)際鍛造工藝和模具設(shè)計(jì)提供有力依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：TC21 高效法 本構(gòu)方程 超塑性 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V261
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 引言9-11
• 1.2 選題依據(jù)、目的和意義11-13
• 1.2.1 選題依據(jù)11-12
• 1.2.2 選題目的12-13
• 1.2.3 選題意義13
• 1.3 損傷容限型鈦合金TC2113-15
• 1.4 普通鍛造及超塑性等溫鍛造的發(fā)展及其應(yīng)用15-17
• 1.5 有限元鍛造模擬的研究概況17-18
• 1.6 本課題的創(chuàng)新點(diǎn)18-19
• 1.7 本課題的主要研究內(nèi)容19-20
• 第2章 實(shí)驗(yàn)材料與實(shí)驗(yàn)方法20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料及試樣制備20-23
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)材料20-23
• 2.2.2 試樣制備23
• 2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備23-25
• 2.3.1 金相處理設(shè)備23-24
• 2.3.2 拉伸實(shí)驗(yàn)設(shè)備24-25
• 2.4 超塑性拉伸實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)25-27
• 2.4.1 最大m值法超塑性拉伸實(shí)驗(yàn)26
• 2.4.2 基于m值的高效法超塑性拉伸實(shí)驗(yàn)26
• 2.4.3 應(yīng)變速率循環(huán)法超塑性拉伸實(shí)驗(yàn)26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第3章 超塑性拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析28-40
• 3.1 引言28
• 3.2 超塑性拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果28-31
• 3.3 TC21鈦合金超塑性拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析31-33
• 3.3.1 溫度對TC21鈦合金流動應(yīng)力的影響31-32
• 3.3.2 流動應(yīng)力-真應(yīng)變曲線32-33
• 3.3.3 高效法與最大m值法拉伸效率比較33
• 3.4 TC21鈦合金超塑性變形的本構(gòu)關(guān)系研究33-39
• 3.4.1 建立基于Arrhenius型方程的TC21鈦合金本構(gòu)方程34-37
• 3.4.2 本構(gòu)關(guān)系的誤差檢驗(yàn)及修正37-39
• 3.5 本章小結(jié)39-40
• 第4章 TC21左推力銷支座鍛件及其模具設(shè)計(jì)40-53
• 4.1 引言40-41
• 4.2 超塑性等溫鍛件設(shè)計(jì)41-46
• 4.2.1 超塑性等溫鍛件設(shè)計(jì)原則41-42
• 4.2.2 左推力銷支座精密鍛件設(shè)計(jì)42-46
• 4.3 超塑性等溫鍛造模具設(shè)計(jì)46-51
• 4.3.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)47-49
• 4.3.2 模具材料的選擇49-50
• 4.3.3 毛邊槽的設(shè)計(jì)50
• 4.3.4 模腔設(shè)計(jì)50-51
• 4.4 坯料計(jì)算51-52
• 4.5 閉式模鍛鍛件設(shè)計(jì)52
• 4.6 本章小結(jié)52-53
• 第5章 超塑性等溫拉伸與鍛造有限元模擬53-78
• 5.1 引言53
• 5.2 DEFORM數(shù)值模擬初始條件設(shè)置53-55
• 5.3 超塑性等溫拉伸數(shù)值模擬55-60
• 5.3.1 模型建立及參數(shù)設(shè)置55-58
• 5.3.2 模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比及分析58-60
• 5.4 開式模鍛超塑性等溫鍛造過程數(shù)值模擬60-76
• 5.4.1 不同因素對等溫鍛造模擬結(jié)果的影響60-69
• 5.4.2 不同鍛造方式對模擬結(jié)果的影響69-73
• 5.4.3 最佳工藝參數(shù)與鍛造方案優(yōu)化設(shè)計(jì)73-76
• 5.5 閉式模鍛超塑性等溫鍛造過程模擬76-77
• 5.6 本章小結(jié)77-78
• 第6章 結(jié)論與展望78-80
• 6.1 結(jié)論78-79
• 6.2展望79-80
• 參考文獻(xiàn)80-83
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文及參加科研情況83-84
• 致謝84-85

【共引文獻(xiàn)】

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10 葉玉娟;高全德;孟祥順;王登科;陳偉;王立新;;9Cr18鋼鍛件鍛前加熱規(guī)范[J];金屬熱處理;2014年03期

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本文編號：877710