發(fā)布時(shí)間：2018-02-11 02:34

  本文關(guān)鍵詞： 高壓氣脹成形 鈦合金 高溫力學(xué)性能 圓角變形行為 方形截面管　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：為了促進(jìn)鈦合金氣壓脹形工藝的發(fā)展,縮短鈦合金薄壁結(jié)構(gòu)件的成形時(shí)間,提高成形件的尺寸精度和組織性能,本文提出了高壓氣脹成形工藝,在降低成形溫度、提高成形壓力的條件下開(kāi)展氣壓脹形工藝研究,為鈦合金結(jié)構(gòu)件高效制造提供技術(shù)支持,并拓寬鈦合金應(yīng)用領(lǐng)域。降低成形溫度,提高成形壓力之后,鈦合金材料的力學(xué)性能、本構(gòu)關(guān)系發(fā)生變化,各種工藝參數(shù)對(duì)成形的影響更加復(fù)雜,因此需要對(duì)鈦合金高壓氣脹成形規(guī)律進(jìn)行深入研究。本文通過(guò)高溫力學(xué)性能測(cè)試、氣脹工藝試驗(yàn)、熱力耦合數(shù)值模擬及微觀組織分析,研究了Ti-3Al-2.5V鈦合金高壓氣脹成形規(guī)律和成形后微觀組織變化。通過(guò)單向拉伸實(shí)驗(yàn)對(duì)Ti-3Al-2.5V鈦合金管材高溫力學(xué)性能進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)在溫度650℃~800℃、應(yīng)變速率0.001s-1~0.1s-1條件下,隨著溫度升高或應(yīng)變速率降低,由動(dòng)態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶引起的軟化行為開(kāi)始出現(xiàn),可提高材料的斷裂延伸率;揭示了鈦合金高溫變形過(guò)程中存在由應(yīng)變硬化和應(yīng)變速率硬化共同導(dǎo)致的加工硬化行為,并發(fā)現(xiàn)相同應(yīng)變速率下,隨著溫度升高,加工硬化率降低,加工硬化作用減弱;在以上研究基礎(chǔ)之上,建立了可同時(shí)描述加工硬化和軟化階段應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的本構(gòu)方程�；赥i-3Al-2.5V鈦合金高溫變形行為與成形性能,設(shè)計(jì)了高壓氣脹成形設(shè)備,突破了高壓氣體介質(zhì)建立、傳輸及閉環(huán)控制關(guān)鍵技術(shù),獲得最高70MPa高壓氣體介質(zhì);通過(guò)輸入輸出變流量協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)壓力加載曲線精確控制;并實(shí)現(xiàn)了變形與溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。采用工藝實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)方形截面管件高壓氣脹成形進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)高壓氣體快速充入管材過(guò)程中,會(huì)導(dǎo)致管材環(huán)向溫差,加壓速率越高,環(huán)向溫差越大。當(dāng)加壓速率高于1MPa/s時(shí),在升壓階段,圓角半徑隨時(shí)間呈線性變化,而在恒壓階段,圓角半徑隨時(shí)間呈一階指數(shù)變化。通過(guò)降低加壓速率和進(jìn)行氣體預(yù)熱,可減小環(huán)向溫差,在一定加載路徑下,可將最大環(huán)向溫差控制在3℃以內(nèi),近似實(shí)現(xiàn)等溫成形。在此方法基礎(chǔ)之上,研究了環(huán)向溫差對(duì)成形件壁厚分布的影響,發(fā)現(xiàn)當(dāng)成形過(guò)程中的環(huán)向溫差高于一定值時(shí),會(huì)導(dǎo)致直壁區(qū)減薄率高于圓角區(qū),當(dāng)環(huán)向溫差過(guò)大時(shí),會(huì)使直壁中心附近局部變形量過(guò)大而發(fā)生破裂。采用初始加壓速率和成形壓力較低的逐步升壓階梯加載路徑,可在成形初期同時(shí)減小環(huán)向溫差和降低應(yīng)變速率,使直壁區(qū)局部變形量明顯減小,避免破裂發(fā)生,同時(shí)通過(guò)在后續(xù)成形過(guò)程中快速升壓,抑制圓角變形速率不斷減小的趨勢(shì),最終有效提高壁厚均勻性和縮短圓角成形時(shí)間。通過(guò)熱力耦合數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn),與恒溫條件相比,差溫條件下的圓角成形初期,直壁區(qū)內(nèi)外側(cè)等效應(yīng)變速率有所提高,圓角區(qū)內(nèi)外側(cè)等效應(yīng)變速率有所降低,進(jìn)一步說(shuō)明直壁區(qū)與圓角區(qū)存在較大溫差時(shí),變形主要集中在直壁區(qū);此外,無(wú)論恒溫還是差溫條件下,圓角區(qū)外側(cè)始終為雙拉應(yīng)力狀態(tài),內(nèi)側(cè)僅在成形初期為二拉一壓應(yīng)力狀態(tài),之后一直為三壓應(yīng)力狀態(tài),說(shuō)明圓角區(qū)外側(cè)更容易產(chǎn)生變形。通過(guò)金相顯微鏡和電子背散射衍射分析(EBSD)對(duì)Ti-3Al-2.5V鈦合金管材高壓氣脹成形過(guò)程中的微觀組織進(jìn)行了研究,結(jié)果表明:在650℃~800℃范圍內(nèi)進(jìn)行高壓氣脹成形時(shí),應(yīng)變速率較高,晶粒以伸長(zhǎng)變形為主,此時(shí),管材微觀組織主要受塑性變形量影響;在700℃下,當(dāng)最大環(huán)向溫差為19℃時(shí),直壁中心內(nèi)側(cè)和圓角中心外側(cè)變形量較大,其晶粒發(fā)生明顯的伸長(zhǎng)變形,而圓角中心內(nèi)側(cè)變形量較小,晶粒仍呈等軸狀;與其相比,等溫條件下,圓角中心外側(cè)、圓角中心內(nèi)側(cè)及直壁中心內(nèi)側(cè)這三個(gè)典型部位的變形一致性提高,晶粒形貌差別減小;當(dāng)加載路徑不合適,引起的環(huán)向溫差過(guò)大時(shí),會(huì)導(dǎo)致變形初期直壁中心區(qū)的局部應(yīng)變?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)迅速增大,材料內(nèi)部產(chǎn)生空洞缺陷,空洞不斷聚合長(zhǎng)大,進(jìn)而引發(fā)斷裂,此時(shí)空洞的體積分?jǐn)?shù)也主要取決于塑性變形量。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG306

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本文編號(hào)：1502013