發(fā)布時間：2018-04-07 17:22

  本文選題：TA15鈦合金　切入點：板材熱成形　出處：《北京科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：TA15鈦合金是一種中高強度近α鈦合金,具有比強度高、耐蝕性好、耐熱性好等優(yōu)點,廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)。該合金室溫延伸率低、回彈高,故其復(fù)雜零件通常采用熱態(tài)成形工藝制造。TA15鈦合金復(fù)雜鈑金零件主要成形工藝為超塑性成形工藝,該工藝極大地提高了材料的成形性能,但成形速度慢,生產(chǎn)效率較低。隨著能源問題日益突出,發(fā)展成形溫度低于超塑性成形,且成形速率較高的鈦合金熱成形技術(shù)成為研究熱點。但由于成形溫度低、速率高,易產(chǎn)生破裂缺陷。破裂缺陷受成形溫度、成形速率、應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變路徑以及微觀組織等因素影響,采用實驗方法研究,成本高,效率低。因此基于連續(xù)介質(zhì)損傷理論結(jié)合基礎(chǔ)力學(xué)性能測試,建立高溫塑性損傷本構(gòu)模型,實現(xiàn)高溫成形極限預(yù)測,對預(yù)測TA15鈦合金板材熱成形破裂缺陷和指導(dǎo)成形工藝具有重要意義。首先,在750～850℃條件下對TA15鈦合金板材進(jìn)行了應(yīng)變速率為0.001～0.1 sd的高溫拉伸實驗研究,分析了變形溫度、應(yīng)變速率和初始微觀組織對TA15鈦合金熱變形行為的影響規(guī)律。結(jié)果表明：800℃、0.01 sd條件下,TA15鈦合金變形抗力適中,塑性較好,適于成形：等軸組織狀態(tài)TA15鈦合金具有更好的塑性。采用SEM和EBSD觀察拉伸件微觀組織,分析了流動軟化機理。結(jié)果表明TA15鈦合金流動軟化與其初始組織有關(guān)。初始組織為雙態(tài)組織時,流動軟化機理為片層組織的彎折、旋轉(zhuǎn)和球化造成“硬滑移模式”向“軟滑移模式”轉(zhuǎn)變,從而導(dǎo)致流動應(yīng)力下降；初始組織為等軸組織時,流動軟化主要由高溫下的動態(tài)再結(jié)晶導(dǎo)致。通過高溫拉伸試件變形組織和斷口觀察,得出TA15鈦合金高溫塑性損傷機理為：α相與β相變形不協(xié)調(diào)導(dǎo)致兩相結(jié)合界面處形成微孔洞,孔洞隨著變形不斷長大和聚合,造成材料有效承載面積縮減。極限應(yīng)變隨著溫度的升高和應(yīng)變速率的降低而增大。采用真空退火獲得了6種不同初始組織板材,進(jìn)行高溫拉伸實驗,分析了微觀組織對TA15鈦合金韌性斷裂的影響。設(shè)計了弧形缺口拉伸試件,在800℃下進(jìn)行了拉伸實驗,結(jié)果表明：應(yīng)力三軸度從0.33到0.45時,極限應(yīng)變從0.25降至0.05；當(dāng)應(yīng)力三軸度從0.45到1.59時,極限應(yīng)變基本不變�；趯嶒灲沂镜牧鲃榆浕退苄該p傷機理,分別考慮α相和β相塑性流動,以位錯密度、β相體積分?jǐn)?shù)、片層組織球化分?jǐn)?shù)、塑性損傷為內(nèi)變量,建立了耦合損傷的TA15鈦合金粘塑性統(tǒng)一本構(gòu)模型,并用遺傳算法優(yōu)化技術(shù)確定了模型常數(shù)。模型計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)對比表明：模型能夠較好預(yù)測TA15鈦合金高溫拉伸過程的應(yīng)力-應(yīng)變、組織和損傷的演化。通過熱態(tài)Nakajima實驗,獲得了1.4 mm厚TA15鈦合金板材在800℃-30 mm/min下的成形極限曲線(FLC)�？紤]第一主應(yīng)力、等效應(yīng)力和靜水應(yīng)力對損傷演化的影響,將單軸拉伸損傷本構(gòu)模型推廣至平面應(yīng)力狀態(tài),并利用FLC數(shù)據(jù)確定了模型常數(shù)。采用平面應(yīng)力狀態(tài)損傷本構(gòu)模型,預(yù)測不同溫度、應(yīng)變速率和應(yīng)變路徑下TA15鈦合金的高溫FLC。結(jié)果表明：當(dāng)應(yīng)變率在0.001～0.1 s-1,溫度從750℃提高至850℃,平面應(yīng)變狀態(tài)下極限應(yīng)變提高67%-100%；當(dāng)變形溫度在750～850℃,應(yīng)變率從0.1 s-1下降至0.001 s-1,平面應(yīng)變狀態(tài)下極限應(yīng)變提高約88%-125%；應(yīng)變路徑對成形極限影響顯著,單軸拉伸預(yù)應(yīng)變可提高雙拉變形區(qū)成形極限,雙軸拉伸預(yù)應(yīng)變可提高單軸拉伸區(qū)成形極限。采用隱式本構(gòu)積分和彈性預(yù)測-塑性迭代修正的應(yīng)力更新算法,開發(fā)了損傷本構(gòu)模型VUMAT子程序。通過單個單元拉伸測試,證明子程序準(zhǔn)確可靠。模擬了TA15高溫拉伸過程,拉伸極限位移預(yù)測誤差≤3.24%,峰值載荷誤差≤7.14%。利用殼單元VUMAT,預(yù)測了板料剛模脹形過程損傷演化和破裂極限。有限元預(yù)測的破裂形式和位置與實驗件一致,板料破裂時凸模行程的計算值與實驗值之間的相對誤差為1.6%。采用軸對稱單元建立了管材熱態(tài)自由氣脹成形有限元模型,模擬分析了溫度、壓力、加載路徑對管材自由脹形極限的影響,結(jié)果表明最佳脹形溫度為800℃,壓力為15 MPa,升壓速率范圍為0.1～0.6 MPa/s,升壓至成形壓力后,線性減壓可提高脹形極限�？傊�,本文采用高溫單軸拉伸實驗、剛模脹形實驗和微觀組織觀察,對TA15鈦合金板材熱變形行為和塑性損傷形成機理進(jìn)行了研究,建立了耦合損傷的單軸拉伸本構(gòu)模型�？紤]應(yīng)力狀態(tài)對損傷的影響,將單軸模型推廣至平面應(yīng)力狀態(tài),實現(xiàn)了TA15鈦合金板材高溫成形極限預(yù)測。通過本構(gòu)模型在Abaqus/Explicit中的二次開發(fā),實現(xiàn)了TA15鈦合金熱成形過程的熱-力-組織-損傷多場耦合數(shù)值模擬,為鈦合金熱成形極限預(yù)測與工藝優(yōu)化提供了理論指導(dǎo)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG146.23

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張樹艷;馬敘;王志華;楊繼宏;楊全祿;呂麗莎;劉遠(yuǎn)鋒;;冷軋深沖板應(yīng)力成形極限的研究[J];重型機械;2013年02期

2 周亮 ,陳鶴崢;根據(jù)穩(wěn)定理論建立的理論成形極限曲線[J];北京航空學(xué)院學(xué)報;1986年01期

3 林大為,屠挺生,戴一一,張順才;板料真實成形極限的測定及其應(yīng)用[J];鍛壓技術(shù);2001年03期

4 李立軍,祝洪川;薄鋼板成形極限曲線的研究[J];物理測試;2003年05期

5 陳R際，

本文編號：1720129