【摘要】：鈦合金作為一種兩相合金(α相與β相),因其具有優(yōu)良的力學(xué)性能、抗腐蝕性、較高的比強(qiáng)度等特點(diǎn),在工業(yè)中被廣泛應(yīng)用,尤其是在航空航天領(lǐng)域。但正是由于這些優(yōu)點(diǎn),使得鈦合金成為一種典型的難加工材料,主要表現(xiàn)為加工過程中嚴(yán)重的塑性變形,使得已加工表面存在加工硬化現(xiàn)象,進(jìn)而影響工件的表面質(zhì)量,服役壽命等。本文從晶粒尺寸以及晶粒取向兩個(gè)方面研究鈦合金加工過程中塑性變形問題。本文首先進(jìn)行了鈦合金正交銑削實(shí)驗(yàn),測(cè)量了切削力并收集了不同切削參數(shù)下的切屑。然后利用Johnson-Cook本構(gòu)關(guān)系、剪切失效模型和ABAQUS/Explicit軟件建立了二維正交銑削模型,并利用實(shí)驗(yàn)過程中獲取的切削力和切屑幾何形態(tài)對(duì)該有限元模型的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明實(shí)驗(yàn)和仿真的切削力與切屑幾何誤差均小于12%,進(jìn)而結(jié)合實(shí)驗(yàn)和有限元仿真結(jié)果對(duì)不同參數(shù)下的切削力以及塑性變形與應(yīng)變率進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:(1)隨著速度的增大,切削力減小,塑性變形減小;隨著進(jìn)給量增大,切削力增大,塑性變形增大。(2)切削過程中主要發(fā)生剪切應(yīng)變,且應(yīng)變率變化可分為三個(gè)階段:初始階段、應(yīng)變率增大階段、應(yīng)變率減小階段。利用ABAQUS/Explicit軟件提供的用戶子程序接口 USER SUBROUTINE,將Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov(JMAK)晶粒尺寸模型編寫成用戶子程序,嵌入到已建立的有限元模型中,實(shí)現(xiàn)了對(duì)鈦合金加工過程中晶粒尺寸的仿真。結(jié)果表明:(1)隨著切削速度的增大,切削力減小,塑性變形減小,晶粒細(xì)化程度隨之減小;隨著進(jìn)給量增大變化規(guī)律相反。(2)切削過程中,溫度對(duì)鈦合金晶粒細(xì)化有弱化作用,在切屑剪切帶處溫度的弱化作用較明顯,而已加工表層的弱化作用較小。在已獲取的不同參數(shù)下加工過程中的應(yīng)變和應(yīng)變率的基礎(chǔ)上,利用VPSC程序?qū)σ鸭庸け砻孢M(jìn)行了織構(gòu)模擬,并利用MATLAB作出織構(gòu)極圖和ODF圖。結(jié)果分析表明,鈦合金已加工表面存在B、P、Y、C1和C2剪切柱面織構(gòu),且極密度隨著切削速度的增大而減小,隨著進(jìn)給量的增大而增大。然后利用鈦合金密排六方體結(jié)構(gòu)不同面上的微觀各向異性會(huì)導(dǎo)致材料宏觀硬度差異的特點(diǎn),對(duì)織構(gòu)的存在進(jìn)行驗(yàn)證。距離加工表面相同深度上垂直切削速度和平行切削速度的截面上的顯微硬度存在差異。因此表明,鈦合金加工過程中存在織構(gòu)現(xiàn)象。最后對(duì)距離加工表面不同深度上的織構(gòu)密度進(jìn)行了模擬,并對(duì)不同深度上的顯微硬度進(jìn)行了測(cè)量分析,結(jié)合晶粒細(xì)化的分析結(jié)果,可知微觀層次的晶粒細(xì)化和晶粒取向均是產(chǎn)生宏觀加工硬化的原因。
【圖文】：

表面層冶全質(zhì)￡逡逑表而紋理、逡逑基體材《逡逑圖ｉ－ｉ表面完整性示意圖逡逑對(duì)于金屬塑性變形的研究主要包含以下三個(gè)尺度：宏觀、細(xì)觀和微觀。示。宏觀尺度是指從宏觀的力學(xué)實(shí)驗(yàn)出發(fā)，獲得材料的塑性本構(gòu)關(guān)系的應(yīng)力一應(yīng)變響應(yīng)曲線。沒有涉及到材料塑性變形的本質(zhì)機(jī)理。細(xì)觀尺看做晶粒的集合體，從晶粒的尺度研究材料的各項(xiàng)異性。微觀尺度主要?jiǎng)咏嵌冉忉尣牧系乃苄宰冃螜C(jī)制。逡逑

Ｃｅｒｅｔｔ丨ａｌ５Ｇ］利用有限元方法研究了切肩的裂紋擴(kuò)展現(xiàn)象。ＰｏｕｌａｃｈｏｎｌＭ逡逑利用淬硬鋼１００Ｃｒ６做了快速落刀實(shí)驗(yàn)研宄了切削淬硬鋼時(shí)切肩形成機(jī)理，用四逡逑個(gè)階段描述鋸齒形切屑的形成過程。如圖１－４所示。逡逑階段］邐ｐｉ－ａ邋：邐階段５邐階ｂｈ邐／逡逑ｒ＞ｉ邐［￣｜邋／Ｉ邋ｐｎ．逡逑＼￣廣＿邐／Ｉ邐ＡＪ邋／逡逑圖１－４鋸齒形切肩形成階段逡逑鋸齒狀切屑的研究主要有實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真兩種方法。實(shí)驗(yàn)方面，Ｋｏｍａｎｄｕｎ逡逑［５２】等人對(duì)ＡＩＳ１邋４３４０進(jìn)行了高速切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明隨著切削速度增大，，切屑鋸逡逑齒化程度增大，巨剪切帶會(huì)產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。Ｓｕｌ５３］等人對(duì)１８ＣｒＮｉＷＡ進(jìn)行了高速逡逑切削實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明隨著切削速度增大，切削過程中振動(dòng)頻率增大，振幅減小，逡逑切屑鋸齒化程度增大，工件己加工表面質(zhì)量提高。徐永波１５４１等人研究／低碳鋼、逡逑ＳＳ３０４不銹鋼、ＴＣ４等材料的微結(jié)構(gòu)演化與剪切斷裂，對(duì)剪切帶內(nèi)相變、再結(jié)晶逡逑以及位錯(cuò)胞的形成進(jìn)行了觀測(cè)分析，結(jié)果表明剪切帶內(nèi)尤其是“白色”腐蝕帶，逡逑并非一定發(fā)生了相變。Ｓｃｈｕｌ＃５】等人研究了不同熱處理?xiàng)l件下的鋁合金加工過程逡逑中鋸齒狀切屑的產(chǎn)生
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG54

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2593364