采用塑性變形連接技術(shù)制造輕量化構(gòu)件,能夠同時滿足航空航天裝備的減重和性能要求。但是,連接過程產(chǎn)生的塑性變形不利于輕量化構(gòu)件的精確化制造。為了實(shí)現(xiàn)連接過程塑性變形的精確控制,本文針對塑性變形連接技術(shù)工藝參數(shù)范圍,研究了網(wǎng)籃組織TC17合金高溫塑性變形時的微觀機(jī)制;建立了塑性變形本構(gòu)模型;結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù),模擬了空心件塑性變形連接過程;分析了空心件連接過程成形規(guī)律。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:以TC17合金熱模擬壓縮試驗(yàn)為基礎(chǔ),采用光學(xué)顯微鏡對微觀組織形態(tài)進(jìn)行觀察,研究了工藝參數(shù)對TC17合金微觀組織形態(tài)的影響。研究結(jié)果表明:變形溫度、變形程度及應(yīng)變速率顯著影響TC17合金的相含量及片層α相的球化。變形溫度和變形程度對TC17合金片層α相的球化體積分?jǐn)?shù)影響顯著。應(yīng)變速率明顯影響片層α相的球化方式,表現(xiàn)為高應(yīng)變速率下片層α相垂直于壓縮軸方向的擇優(yōu)取向;低應(yīng)變速率下片層α相的末端粗化。采用電子背散射衍射技術(shù)和透射電子顯微鏡技術(shù)研究了TC17合金α和β相的動態(tài)回復(fù)、動態(tài)再結(jié)晶及其交互作用。研究結(jié)果表明:片層α相的動態(tài)再結(jié)晶方式為位錯運(yùn)動機(jī)制主導(dǎo)的幾何動態(tài)再結(jié)晶和依賴擴(kuò)散機(jī)制的轉(zhuǎn)動再結(jié)晶,較高應(yīng)變速率下幾何動態(tài)再結(jié)晶為主,隨著應(yīng)變速率的降低,轉(zhuǎn)動再結(jié)晶進(jìn)行程度逐漸增強(qiáng);β相的主要再結(jié)晶方式為位錯運(yùn)動機(jī)制主導(dǎo)的經(jīng)典連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶,在片層α相交匯處,β相為協(xié)調(diào)周圍α相的變形,局部位置會發(fā)生轉(zhuǎn)動再結(jié)晶;當(dāng)區(qū)域內(nèi)相鄰的片層α相及β相的協(xié)調(diào)變形作用不足以滿足基體變形時,為了協(xié)調(diào)整個基體的變形,具有α相“軟取向晶粒”的區(qū)域會優(yōu)先變形,造成該區(qū)域α相的球化和β相再結(jié)晶程度高于相鄰的具有α相“硬取向晶�！眳^(qū)域。以TC17合金熱模擬壓縮試驗(yàn)獲得的流動應(yīng)力-應(yīng)變曲線為基礎(chǔ),研究了TC17合金的高溫變形力學(xué)行為;結(jié)合微觀組織觀察,揭示了宏觀力學(xué)行為同微觀組織演變的交互作用。變形初期,α相和β相的動態(tài)回復(fù)導(dǎo)致初始流動軟化的發(fā)生。隨著變形程度的增大,α/β相界面的Burgers位相關(guān)系逐漸破壞,α相晶粒發(fā)生“硬取向”向“軟取向”的轉(zhuǎn)動并發(fā)生明顯的球化,β相發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶;這些導(dǎo)致流動軟化的繼續(xù)發(fā)生。當(dāng)應(yīng)變速率為0.1 s~(-1)和0.0002 s~(-1)時,應(yīng)變速率敏感性指數(shù)在不同應(yīng)變下隨變形溫度的變化趨勢相似,隨變形溫度的升高先增加后減小,這與高應(yīng)變速率下位錯伴隨晶界滑動和低應(yīng)變速率下擴(kuò)散伴隨晶界滑動分別主導(dǎo)界面滑動有關(guān)。當(dāng)應(yīng)變速率為0.01 s~(-1)和0.001 s~(-1)時,應(yīng)變速率敏感性指數(shù)變化趨勢相似且穩(wěn)定,這與位錯伴隨晶界滑動和擴(kuò)散伴隨晶界滑動協(xié)調(diào)作用有關(guān)。應(yīng)變硬化指數(shù)隨應(yīng)變的增大而逐漸減小,這與網(wǎng)籃組織TC17合金的流動軟化效應(yīng)有關(guān)。高溫塑性變形過程中表觀變形激活能隨應(yīng)變增大而逐漸減小,α+β相區(qū)的表觀變形熱激活能為374.3±75 kJ·mol~(-1)。基于位錯運(yùn)動機(jī)制和擴(kuò)散機(jī)制,以位錯密度為內(nèi)變量建立了鈦合金塑性變形本構(gòu)模型,該模型可以定量不同機(jī)制對塑性變形的貢獻(xiàn);應(yīng)用于網(wǎng)籃組織TC17合金,經(jīng)可靠性分析,證明該模型能夠較好的描述TC17合金的高溫變形行為。采用掃描電子顯微鏡技術(shù)對TC17合金塑性變形連接界面進(jìn)行觀察,研究了塑性變形連接行為。α相為兩相合金的硬質(zhì)相,連接界面的β相位置更易發(fā)生塑性變形而發(fā)生接觸,促進(jìn)界面空洞的分割,當(dāng)空洞分割至與片層α相厚度相當(dāng)時(~1μm),空洞停止分割。結(jié)合TC17合金塑性變形連接試驗(yàn)試樣的應(yīng)變和界面連接率的計(jì)算結(jié)果,研究了塑性變形對界面連接率的影響規(guī)律。隨著應(yīng)變的增大,界面連接率先后經(jīng)歷快速增長、拋物線增長和緩慢增長階段;當(dāng)應(yīng)變?yōu)閪0.05時,,界面連接率達(dá)到95%左右,應(yīng)變的繼續(xù)增大不會導(dǎo)致界面連接率的顯著增大。采用ABAQUS數(shù)值模擬軟件,通過VUMAT接口實(shí)現(xiàn)塑性變形本構(gòu)模型的導(dǎo)入,模擬了TC17合金空心件塑性變形連接過程,研究了空心件幾何參數(shù)和連接工藝參數(shù)對連接過程的影響。幾何參數(shù)對空心件連接過程應(yīng)力分布、應(yīng)變分布和應(yīng)力最大值的影響不顯著,對應(yīng)變最大值和載荷影響較為顯著。當(dāng)加強(qiáng)筋數(shù)目n=2,加強(qiáng)筋外緣壁厚t=2.25 mm,加強(qiáng)筋高寬比G=1.5時,空心件整體和空腔的應(yīng)變最大值最小,空腔的變形均勻程度最高且變形程度較小。采用中心復(fù)合設(shè)計(jì)和響應(yīng)面方法,研究連接溫度(T)和壓下量(h)對連接界面易變形位置平均應(yīng)變(e_(FP) _I)和界面連接率顯著增長結(jié)束時刻響應(yīng)參量(f_(FPII))的影響,基于改進(jìn)的NSGA-II多目標(biāo)優(yōu)化遺傳算法,優(yōu)化TC17合金空心構(gòu)件塑性變形連接工藝參數(shù),優(yōu)化結(jié)果顯示連接溫度(T)在1073 K附近,壓下量(h)在0.5~0.65 mm范圍內(nèi)。
【學(xué)位單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG146.23
【部分圖文】：

西北工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文面發(fā)生遷移。中物質(zhì)傳遞存在多種途徑，示意圖如圖 1-1 所示。從表面至頸部；機(jī)制 3 由體擴(kuò)散控制，方向?yàn)閺恼舭l(fā)沉積到頸部的結(jié)果；機(jī)制 5 為從界面至頸部的制，方向?yàn)閺慕缑嬷令i部。表面曲率的差異為機(jī)動力作用下物質(zhì)從低曲率點(diǎn)向高曲率區(qū)傳輸，伴變?yōu)閳A形。直至空洞軸比為 1 時，這些機(jī)制不再起塑性變形和蠕變，加速空洞的閉合。

三種常見的空心葉片結(jié)構(gòu): (a) 蜂窩板芯; (b) 桁架芯; (ctures of hollow blade: (a) honeycomb sandwich panel; (b) panel; (c) no sandwich panel性變形機(jī)制及連接過程研究需要解決接會引起材料宏觀塑性變形，這一方面加速了連件連接界面質(zhì)量的提高；另一方面塑性變形的發(fā)不可控因素增多，不利于輕量化構(gòu)件的精確成形程中的塑性變形，亟需解決以下基礎(chǔ)問題。的高溫塑性變形機(jī)制及力學(xué)行為對工藝參數(shù)十分形連接工藝參數(shù)范圍，研究網(wǎng)籃組織 TC17 合金建立塑性變形本構(gòu)模型，進(jìn)而結(jié)合有限元軟件實(shí)

圖 2-1 TC17 合金微觀組織形貌：(a) 橫截面；(b) 縱截面Fig. 2-1 Micrograph of TC17 alloy: (a) cross section; (b) longitudinal section2.3 物理模擬試驗(yàn)2.3.1 熱模擬壓縮試驗(yàn)熱模擬壓縮試驗(yàn)在 Gleeble-3500 型熱模擬壓縮機(jī)上完成。熱模擬壓縮試樣采用尺寸為 8×12mm 的圓柱體。加熱方式采用電阻加熱，試驗(yàn)前試樣兩端用石墨潤滑劑進(jìn)行潤滑，以盡可能減少由摩擦引起的鼓肚、側(cè)翻、流動應(yīng)力-應(yīng)變曲線上翹等現(xiàn)象，獲得單向應(yīng)力狀態(tài)下的試驗(yàn)條件。熱模擬壓縮試驗(yàn)過程如下：先將試樣以 10 K·s-1的速度加熱至變形溫度，保溫 5min 后進(jìn)行壓縮，壓縮完成后取出試樣空冷至室溫。壓縮過程由焊接在試樣側(cè)面中部的熱電偶實(shí)時測溫，通過閉環(huán)溫控系統(tǒng)控溫，控制溫度一般為±1K。試

【參考文獻(xiàn)】

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1 林鑫;黃衛(wèi)東;;高性能金屬構(gòu)件的激光增材制造[J];中國科學(xué):信息科學(xué);2015年09期

2 徐子燁;玄偉東;張金W

本文編號：2829730