隨著航空、航天飛行器向輕量化、高速化、高可靠性和長壽命方向發(fā)展,迫切需要高性能、高精度鈦合金復(fù)雜薄壁構(gòu)件。TA15鈦合金在450-500℃服役溫度下具有較高的比強度和高溫強度,結(jié)構(gòu)效益十分顯著,使得TA15鈦合金薄壁構(gòu)件在航空、航天等領(lǐng)域需求廣泛。但是,提高鈦合金構(gòu)件的綜合性能對成形制造技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。由于TA15鈦合金室溫成形性能低,以往多采用超塑成形,但超塑成形溫度高（850℃以上）、成形時間長,往往導(dǎo)致組織性能弱化,難以滿足服役性能要求。為此,本文采用晶體塑性有限元模擬方法,研究TA15鈦合金板材的高溫變形微觀機理,為調(diào)控鈦合金熱態(tài)氣壓成形薄壁構(gòu)件的組織性能提供了工藝基礎(chǔ)。為了建立TA15鈦合金高溫變形晶體塑性本構(gòu)模型,首先分析高溫變形微觀機理（700-800℃+0.1-0.001 s-1）,建立了考慮變形溫度、變形激活能和可動位錯密度的位錯運動和晶界滑移動力學(xué)方程。之后,建立了動態(tài)回復(fù)、動態(tài)再結(jié)晶和微觀孔洞演化模型,并通過UMAT子程序?qū)⒕w塑性本構(gòu)模型嵌入ABAQUS有限元軟件,實現(xiàn)了TA15鈦合金高溫微觀變形行為的晶體塑性有限元模擬。通過晶體塑性有限元模擬和EBSD技術(shù)... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：146 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

TC4鈦合金波紋管[8]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-2-大直徑U型TC4鈦合金波紋管，如圖1-1所示。傳統(tǒng)超塑成形工藝所需金屬材料的晶粒尺寸通常小于10μm，變形溫度高于0.5，應(yīng)變速率通常低于0.001s-1，加熱及成形效率較低，通常使構(gòu)件發(fā)生明顯的晶粒長大以及氧化現(xiàn)象，導(dǎo)致構(gòu)件組織性能弱化。圖1-1TC4鈦合金波紋管[8]Fig.1-1BellowsofTC4titaniumalloy[8]為了避免鈦合金復(fù)雜薄壁構(gòu)件傳統(tǒng)熱成形工藝中存在的成形效率低、能耗大、構(gòu)件性能和精度差等問題，在內(nèi)高壓成形工藝和超塑成形工藝基礎(chǔ)上，發(fā)展出了熱態(tài)氣壓成形技術(shù)，工藝初期主要服務(wù)于汽車輕量化，研究鋁合金、鎂合金和高強鋼的熱態(tài)氣壓成形工藝[4,9]。相較于傳統(tǒng)超塑成形工藝，低成形溫度、高變形速率和高成形氣壓是熱態(tài)氣壓成形的顯著特征，旨在實現(xiàn)高精度構(gòu)件的高效成形�；驹硎菍啥嗣芊獾墓懿呐髁霞訜嶂烈欢囟龋蚬軆�(nèi)通入高壓氣體，在氣壓和端部推力共同作用下使管材成形貼靠模具，獲得所需構(gòu)件[10]，如圖1-2所示。圖1-2熱態(tài)氣壓成形工藝示意圖[10]Fig.1-2Schematicofhotgasforming[10]為了解決鈦合金異型截面整體構(gòu)件成形難題，哈工大劉鋼教授[11]將熱態(tài)氣壓成形工藝推廣至鈦合金管材構(gòu)件成形，研制了鈦合金熱態(tài)氣壓成形工藝平臺，脹形氣體壓力可達(dá)70MPa，成形溫度可達(dá)1000℃。首先，開展了低強度TA18

ü?呶鹿懿淖雜燒?形實驗測試了所制管坯的塑性成形性能，管坯的極限膨脹率均超過70%，滿足復(fù)雜異形截面薄壁構(gòu)件的成形性要求[15,16]。在大尺寸TA15鈦合金異形截面構(gòu)件成形過程中，通過局部擴脹的預(yù)成形方式顯著提高了構(gòu)件的壁厚均勻性[17]，如圖1-4所示。在Ti2AlNb基合金方形截面構(gòu)件熱態(tài)氣壓成形過程中，提出氣壓成形-原位熱處理復(fù)合工藝，如圖1-5所示[18]，在氣壓成形結(jié)束之后，向成形管件內(nèi)部持續(xù)通入高壓冷氣，使構(gòu)件在內(nèi)壓支撐作用下進(jìn)行原位熱處理，實現(xiàn)熱態(tài)氣壓成形Ti2AlNb基合金構(gòu)件成形成性一體化調(diào)控。圖1-3TA18鈦合金的典型異形截面管件[11-14]Fig.1-3Tubularcompoentswithirregular-sectionofTA18titaniumalloy[11-14](a)squarecrosssection,(b)50%expansionratio,(c)70%expansionratio盡管與傳統(tǒng)的成形工藝相比，熱態(tài)氣壓成形工藝大大提高了鈦合金的成形效率，但成形模具和初始管坯的加熱效率依然有待改善。為了進(jìn)一步縮短工藝周期，出現(xiàn)了電流加熱輔助的熱態(tài)氣壓成形工藝，通過電流僅加熱初始管坯，(a)(b)(c)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]Ti-3Al-2.5V合金方截面管高壓氣體脹形規(guī)律與成形缺陷控制[D]. 王建瓏.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[3]TA15鈦合金激光焊接管材熱氣脹變形行為與微觀機理[D]. 王克環(huán).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[4]基于建模的TA15鈦合金組織—性能定量關(guān)系研究[D]. 吉喆.西北工業(yè)大學(xué) 2015
[5]TA15鈦合金熱強力旋壓組織演化規(guī)律及強化機理研究[D]. 陳勇.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[6]Ti-22Al-25Nb合金板材高溫變形行為與成形性能研究[D]. 林鵬.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[7]雙相多晶鈦合金微觀塑性變形機理與組織演化的定量研究[D]. 何東.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
[8]金屬組織轉(zhuǎn)變與變形的相場與晶體塑性模擬及其耦合模型[D]. 呂良星.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011



本文編號：3475106