【摘要】：TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金是一種典型的α+β雙相鈦合金。因其具有良好的機(jī)械性能和抗腐蝕性能而廣泛應(yīng)用于石油、海洋和航空航天等領(lǐng)域。同時(shí)在高端制造產(chǎn)業(yè)目前仍需要大量鈦合金厚壁管作為復(fù)雜零件二次成型用坯料,特別是對(duì)雙態(tài)組織厚壁管(徑厚比低于5:1)存在迫切需求。現(xiàn)階段TC4厚壁管大多采用擠壓穿孔工藝進(jìn)行生產(chǎn),雖然可以獲得理想的微觀組織,但是其材料的利用率低于斜軋穿孔工藝,并且會(huì)造成一定的環(huán)境污染。在鈦合金厚壁管斜軋穿孔時(shí)普遍存在后卡現(xiàn)象以及毛管晶粒尺寸異常,綜合力學(xué)性能差等組織缺陷。本文針對(duì)以上問題,利用有限元模擬技術(shù),深入分析了主要工藝參數(shù)對(duì)TC4厚壁管斜軋穿孔過程中后卡現(xiàn)象的影響,并實(shí)現(xiàn)了徑厚比為3.7的TC4雙態(tài)組織厚壁管的制備。主要結(jié)論如下:通過分析TC4厚壁管斜軋穿孔后卡試樣的宏觀形貌,發(fā)現(xiàn)后卡現(xiàn)象與穿孔過程中的內(nèi)擴(kuò)徑量不足和不穩(wěn)定變形過程中的縮尾現(xiàn)象有關(guān)。因此,持續(xù)維持穿孔過程中適量內(nèi)擴(kuò)展是預(yù)防后卡現(xiàn)象發(fā)生的關(guān)鍵。建立了TC4厚壁管斜軋穿孔剛塑性有限元模型。分析了直徑壓下率、送進(jìn)角和頂前壓下率對(duì)內(nèi)擴(kuò)徑量和后卡現(xiàn)象的影響規(guī)律。穿孔過程中的內(nèi)擴(kuò)徑率隨著直徑壓下率和送進(jìn)角的增加而增加,隨著頂前壓下率的增加先增大后減小。在直徑壓下率大于10%,送進(jìn)角大于12°,頂前壓下率在6%~7%之間時(shí),材料在穩(wěn)態(tài)軋制過程中的內(nèi)擴(kuò)徑率大于6%,可有效避免穿孔過程中的后卡現(xiàn)象。借助正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,分別從穿孔過程能否順利進(jìn)行、變形均勻性和雙態(tài)組織控制三個(gè)方面對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化分析。確定最優(yōu)工藝參數(shù)為:送進(jìn)角15°,直徑壓下率11%,頂前壓下率7%。利用最優(yōu)工藝參數(shù)在Φ60 mm錐形輥斜軋穿孔機(jī)上進(jìn)行了TC4厚壁管斜軋穿孔試驗(yàn),無后卡現(xiàn)象發(fā)生,所得到的毛管徑厚比為3.75,毛管各部位組織分布均勻且均為雙態(tài)組織。本文的研究結(jié)果在斜軋穿孔法生產(chǎn)徑厚比小于5的TC4雙態(tài)組織厚壁管方面有一定進(jìn)展,為鈦合金厚壁管斜軋穿孔提供理論依據(jù)和技術(shù)支持,對(duì)于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義。
【圖文】：

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文迅速的發(fā)展，其品種繁多，用途廣泛。鈦合金的顯微組織及性能合金特別是（ +β）兩相鈦合金，顯微組織的多樣性與 →β 相變和關(guān)。其多樣性表現(xiàn)為 β 晶粒的大小、 析出相的形貌與尺寸、不同體積分?jǐn)?shù)、 相與殘余 β 相的體積分?jǐn)?shù)比例以及不同亞穩(wěn)相的可能遍引用和接受的是將鈦合金的顯微組織分為 4 類，即等軸組織、雙態(tài)織和魏氏組織，如圖 1.1 所示。

（Al）是基本組元，屬于 穩(wěn)定元素，可以保證材料在高溫條件下的性能。釩賦予合金熱處理強(qiáng)化的能力，并可以改善其塑性。釩（V）是 β 同晶型元素，不存在共析反應(yīng)，，組織穩(wěn)定性良好。同時(shí)，釩也可以減少 Ti-Al 系合金形成2相的危險(xiǎn)以及減輕鋁的偏析[24]。根據(jù) Ti-Al-V 相圖（見圖 1.2），TC4 合金處于 +β 相區(qū)， +β→β 轉(zhuǎn)變溫度為996 ℃±14 ℃。在平衡條件下，β 相占 7%~10%。圖中2相為 Ti3Al，γ 相為 TiAl，δ 相為 V5Al8。TC4 合金平衡組織由 相和 β 相組成，其形態(tài)為魏氏體 +β 和等軸 +β。在實(shí)際生產(chǎn)和使用條件下，還可能出現(xiàn)某些亞穩(wěn)定相。熱加工后的組織決定于變形溫度、變形程度以及隨后的熱處理工藝。在兩相區(qū)加工，變形程度小于 50%，不能將粗大的組織破碎，只有增大變形程度才能將原 β 晶界、 和 β 條破碎。熱軋溫度提高，組織由等軸狀態(tài)變?yōu)榫W(wǎng)籃狀或粗大魏氏體組織，同時(shí)屈服強(qiáng)度略有下降，斷裂韌性明顯提高[25, 26]。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG339

【參考文獻(xiàn)】

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1 歐陽文博;謝英杰;付文杰;楊健;舒瀅;楊建朝;;軋制工藝對(duì)TC4中厚板組織及力學(xué)性能的影響[J];熱加工工藝;2014年17期

2 王清江;劉建榮;楊銳;;高溫鈦合金的現(xiàn)狀與前景[J];航空材料學(xué)報(bào);2014年04期

3 孟麗芬;胡成亮;趙震;;金屬塑性成形中摩擦模型的研究進(jìn)展[J];模具工業(yè);2014年04期

4 蔣少松;盧振;赫曉東;王國峰;張凱鋒;;厚度近均勻分布的Ti6Al4V鈦合金筒形件超塑成形(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2012年S2期

5 陸璐;王照旭;王輔忠;朱光亞;張興祥;;Simulation of Tube Forming Process in Mannesmann Mill[J];Journal of Shanghai Jiaotong University(Science);2011年03期

6 賈如雷;計(jì)波;呂維潔;王宗寶;;鈦材熱擠壓成形技術(shù)的研究與發(fā)展[J];中國有色金屬學(xué)報(bào);2010年S1期

7 劉相華;;塑性有限元在金屬軋制過程中應(yīng)用的進(jìn)展[J];金屬學(xué)報(bào);2010年09期

8 龐繼明;肖雅靜;曲恒磊;鄧超;馬小菊;楊建朝;巨建輝;;不同方法制備的鈦及鈦合金管坯組織與性能研究[J];鈦工業(yè)進(jìn)展;2010年04期

9 陳五一;袁躍峰;;鈦合金切削加工技術(shù)研究進(jìn)展[J];航空制造技術(shù);2010年15期

10 牛蓉蓉;葛鵬;楊冠軍;羅雷;;TC21鈦合金相變點(diǎn)測定[J];熱加工工藝;2010年08期

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1 于亮;厚壁管斜軋穿孔頂桿失穩(wěn)控制方法研究[D];西安建筑科技大學(xué);2017年

2 莊博;TC4厚壁管錐形輥斜軋穿孔工藝參數(shù)優(yōu)化[D];西安建筑科技大學(xué);2017年

3 王曉蓮;鈦合金斜軋穿孔過程高溫塑性變形行為及數(shù)值模擬研究[D];燕山大學(xué);2015年

4 賈麗敏;鈦合金離心精密鑄造凝固組織與力學(xué)性能分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2594157