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

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【摘要】：鈦合金由于具有低密度、高強度、耐腐蝕和良好的高溫力學性能等特性而被廣泛地應用在航空航天和汽車領域。Ti-6Al-4V合金是應用最廣泛的鈦合金,在瞬時高溫作用下會發(fā)生由密排六方(HCP)的α相到體心立方(BCC)的β相的非擴散型馬氏體相變。因為相變對材料的宏觀力學行為有很大的影響,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變率條件下的宏觀熱力耦合響應。為了研究Ti-6Al-4V合金由于應力和溫度誘導的相變,本文構造了一個三維的非擴散相場數(shù)值計算模型。用一個在時間和空間上連續(xù)的標量序參量來表征β相在無限小的區(qū)域內(nèi)所占的體積分數(shù)。通過金茲堡-朗道熱力學勢得到了:控制微觀結(jié)構演變的動力學方程——與時間相關的金茲堡-朗道(TDGL)方程和考慮相變的熱傳導方程�；诳藙谛匏�-杜亨不等式證明了相場模型與熱力學第二定律的一致性。為了將系統(tǒng)的微分方程組有限元化,本文對方程組的離散過程進行了推導,同時利用ABAQUS用戶子程序開發(fā)了考慮大變形、熱力耦合和動態(tài)載荷的計算程序,并且通過單軸拉伸、純剪切和絕熱溫升三個簡單的算例驗證了該相場模型在描述Ti-6Al-4V合金由應力和溫度誘導相變的能力。通過計算結(jié)果發(fā)現(xiàn),構造的相場模型能夠恰當?shù)孛枋鰬蜏囟日T導的相變過程。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,同時溫度逐步上升;產(chǎn)生的新相、溫度與切削速度近似成對數(shù)增長關系。本文依據(jù)金茲堡-朗道熱力學勢,構造了用于描述由應力和溫度誘導相變的相場模型,考慮了大變形、熱力耦合和動態(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)值計算,對模型的正確性和適用性進行了評估和驗證;并利用模型對高速切削過程中Ti-6Al-4V合金的相變和溫度演變過程進行了數(shù)值計算;獲得了一些初步的成果。為進一步將這一模型應用到研究金屬高速切削過程打下了基礎。
【學位授予單位】：北京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.23

【參考文獻】

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

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本文編號：1265632