本文關(guān)鍵詞：鈦合金Ti-6Al-4V馬氏體相變過程的數(shù)值計(jì)算方法及其在模擬高速切削過程中的應(yīng)用

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【摘要】：鈦合金由于具有低密度、高強(qiáng)度、耐腐蝕和良好的高溫力學(xué)性能等特性而被廣泛地應(yīng)用在航空航天和汽車領(lǐng)域。Ti-6Al-4V合金是應(yīng)用最廣泛的鈦合金,在瞬時(shí)高溫作用下會(huì)發(fā)生由密排六方(HCP)的α相到體心立方(BCC)的β相的非擴(kuò)散型馬氏體相變。因?yàn)橄嘧儗?duì)材料的宏觀力學(xué)行為有很大的影響,所以研究鈦合金的相變過程十分必要,有助于理解該類合金在高應(yīng)變率條件下的宏觀熱力耦合響應(yīng)。為了研究Ti-6Al-4V合金由于應(yīng)力和溫度誘導(dǎo)的相變,本文構(gòu)造了一個(gè)三維的非擴(kuò)散相場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型。用一個(gè)在時(shí)間和空間上連續(xù)的標(biāo)量序參量來表征β相在無限小的區(qū)域內(nèi)所占的體積分?jǐn)?shù)。通過金茲堡-朗道熱力學(xué)勢(shì)得到了:控制微觀結(jié)構(gòu)演變的動(dòng)力學(xué)方程——與時(shí)間相關(guān)的金茲堡-朗道(TDGL)方程和考慮相變的熱傳導(dǎo)方程。基于克勞修斯-杜亨不等式證明了相場(chǎng)模型與熱力學(xué)第二定律的一致性。為了將系統(tǒng)的微分方程組有限元化,本文對(duì)方程組的離散過程進(jìn)行了推導(dǎo),同時(shí)利用ABAQUS用戶子程序開發(fā)了考慮大變形、熱力耦合和動(dòng)態(tài)載荷的計(jì)算程序,并且通過單軸拉伸、純剪切和絕熱溫升三個(gè)簡(jiǎn)單的算例驗(yàn)證了該相場(chǎng)模型在描述Ti-6Al-4V合金由應(yīng)力和溫度誘導(dǎo)相變的能力。通過計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn),構(gòu)造的相場(chǎng)模型能夠恰當(dāng)?shù)孛枋鰬?yīng)力和溫度誘導(dǎo)的相變過程。為了能夠模擬金屬高速切削過程中切屑內(nèi)由于局部應(yīng)力和溫度引起的相變過程。本文通過引入內(nèi)聚力單元并結(jié)合相場(chǎng)模型,分別研究了在不同切削速度的條件下Ti-6Al-4V合金的序參量和溫度的演變過程。研究發(fā)現(xiàn):在切削的起始階段,由于切削的不穩(wěn)定性切屑內(nèi)不會(huì)發(fā)生相變,隨著切削速度的提高,這種不穩(wěn)定性的影響越來越弱;隨著切削速度的提高,切屑內(nèi)的新相所占的比例逐漸增加,同時(shí)溫度逐步上升;產(chǎn)生的新相、溫度與切削速度近似成對(duì)數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。本文依據(jù)金茲堡-朗道熱力學(xué)勢(shì),構(gòu)造了用于描述由應(yīng)力和溫度誘導(dǎo)相變的相場(chǎng)模型,考慮了大變形、熱力耦合和動(dòng)態(tài)載荷等因素,用來模擬了在單軸拉伸、純剪切和絕熱溫升的情況下,Ti-6Al-4V合金內(nèi)的相變過程。通過數(shù)值計(jì)算,對(duì)模型的正確性和適用性進(jìn)行了評(píng)估和驗(yàn)證;并利用模型對(duì)高速切削過程中Ti-6Al-4V合金的相變和溫度演變過程進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算;獲得了一些初步的成果。為進(jìn)一步將這一模型應(yīng)用到研究金屬高速切削過程打下了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

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1 侯金健;高強(qiáng)強(qiáng);安曉婷;;國(guó)內(nèi)外高溫鈦合金研究及應(yīng)用的最新發(fā)展[J];熱加工工藝;2014年10期

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本文編號(hào)：1265632