發(fā)布時間：2017-05-04 02:05

  本文關(guān)鍵詞：TC18鈦合金熱變形行為與熱處理數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鈦合金是一種在航空航天工業(yè)廣泛應(yīng)用的金屬,具有強(qiáng)度高、塑性好、高溫性能好等優(yōu)點(diǎn)。TC18鈦合金是一種近β型鈦合金,其經(jīng)過熱處理后的室溫屈服強(qiáng)度可以達(dá)到1100MPa左右,同時保持較高的塑性；另外其還具有優(yōu)良的高溫性能,廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域,作為承力結(jié)構(gòu)件。 鈦合金由于彈性模量低、屈強(qiáng)比高、成型易于回彈等特點(diǎn),經(jīng)常需要經(jīng)過模鍛和等溫鍛造等工藝進(jìn)行加工成型。通過得到材料在高溫下的流變應(yīng)力規(guī)律及熱加工圖,可指導(dǎo)成型設(shè)備的選擇及成型工藝的制定。同時,鈦合金由于機(jī)加工、焊接等工序易于留下殘余應(yīng)力,經(jīng)常采用熱處理作為其最終工序。為了控制熱處理中發(fā)生的變形,經(jīng)常在熱處理的時候施加工裝進(jìn)行校形,即熱校形。熱校形的本質(zhì)是應(yīng)力松弛。目前,鈦合金構(gòu)件的熱校形尚未實(shí)現(xiàn)精確控制,工裝施加的時間、大小主要憑經(jīng)驗控制。通過應(yīng)力松弛試驗得到其應(yīng)力松弛方程,可以作為熱校形精確控制的基礎(chǔ)。另外,熱處理過程是一個多場耦合的復(fù)雜過程,通過試驗研究較為困難,通過數(shù)值模擬的方法,采用隨溫度變化的材料參數(shù)進(jìn)行非線性數(shù)值模擬,可得到較為精確的仿真結(jié)果。 本文主要研究了TC18鈦合金的熱壓縮變形行為及應(yīng)力松弛行為,并進(jìn)行了某航空用TC18鈦合金長直桿件的焊后熱處理數(shù)值模擬。 兩相區(qū)和單相區(qū)的變形抗力方程分別為；根據(jù)熱加工圖,可得失穩(wěn)區(qū)主要發(fā)生在溫度為650℃-800℃,應(yīng)變速率為0.02s-1-1s-1的區(qū)域,少部分分布在850℃-950℃間的高應(yīng)變速率區(qū)；動態(tài)再結(jié)晶可能發(fā)生的區(qū)域為在750℃-850℃應(yīng)變速率為0.001s-1-0.01s-1及950℃-1000℃應(yīng)變速率為0.1s-1-1s-1區(qū)域；適宜進(jìn)行熱加工的區(qū)域為：700℃-850℃應(yīng)變速率為0.001s-1-0.01s-1,850℃-950℃應(yīng)變速率為0.01s-1-0.1s-1。對兩相區(qū)熱壓縮后試樣的透射及EBSD分析表明：在高溫變形過程中,α相主要發(fā)生變形,較少發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶；β相在溫度相對較低時主要發(fā)生再結(jié)晶,溫度升高時回復(fù)占主要部分。 原始態(tài)由于存在殘余應(yīng)力,不能通過應(yīng)力松弛試驗擬合得到應(yīng)力松弛方程；去應(yīng)力退火態(tài)的應(yīng)力松弛曲線規(guī)律性較好,可得其應(yīng)力松弛極限與溫度的關(guān)系為(σ∞=224.3222+0.59101T+3.87119T2,650℃時其剩余應(yīng)力與時間的關(guān)系為：σ=4.05+(σ0-4.05)Ae,其中A=1.0334,T=4.9057。 對TC18長直桿件的焊接及熱處理數(shù)值模擬表明,焊后桿件殘余應(yīng)力較大,達(dá)到了700a；經(jīng)過退火熱處理后殘余應(yīng)力降為86.4MPa。焊后桿件在方形槽處及實(shí)心件處會發(fā)生一個船形彎曲,最大位移量為1.21mm。
【關(guān)鍵詞】：TC18鈦合金 熱壓縮 應(yīng)力松弛 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TG146.23
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 課題背景11-12
• 1.2 鈦合金熱壓縮行為的研究12-15
• 1.2.1 熱壓縮試驗12
• 1.2.2 真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線的數(shù)學(xué)模型12-13
• 1.2.3 熱加工圖理論與應(yīng)用13-14
• 1.2.4 鈦合金熱壓縮行為的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 鈦合金應(yīng)力松弛行為的研究15-17
• 1.3.1 應(yīng)力松弛行為的概念、特點(diǎn)和影響因素15-16
• 1.3.2 應(yīng)力松弛行為的表征16
• 1.3.3 鈦合金應(yīng)力松弛行為的研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 焊后熱處理的研究17
• 1.5 熱處理數(shù)值模擬技術(shù)17-19
• 1.5.1 常用有限元分析軟件簡介17-18
• 1.5.2 熱處理數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀18-19
• 1.6 主要研究內(nèi)容19-20
• 第2章 試驗材料及研究方法20-28
• 2.1 試驗材料20
• 2.2 相變點(diǎn)測試20-21
• 2.2.1 金相法測量相變點(diǎn)20
• 2.2.2 DTA 測量相變點(diǎn)20-21
• 2.3 顯微組織觀察與分析21-22
• 2.3.1 金相組織觀察21
• 2.3.2 掃描電鏡觀察21
• 2.3.3 透射電鏡觀察21
• 2.3.4 XRD 衍射分析21-22
• 2.4 力學(xué)性能測試22-24
• 2.4.1 拉伸性能測試22-23
• 2.4.2 熱壓縮試驗23
• 2.4.3 應(yīng)力松弛試驗23-24
• 2.5 溫度場和應(yīng)力應(yīng)變場的數(shù)值模擬24-28
• 2.5.1 求解溫度場的基本原理24-26
• 2.5.2 彈塑性力學(xué)基本理論26-27
• 2.5.3 有限元的基本思想27-28
• 第3章 TC18 鈦合金熱壓縮變形行為及其本構(gòu)關(guān)系28-49
• 3.1 引言28
• 3.2 TC18 鈦合金原始材料研究28-35
• 3.2.1 金相組織觀察28-29
• 3.2.2 TC18 鈦合金α→β相變點(diǎn)測試29-31
• 3.2.3 原始樣掃描電鏡分析31-33
• 3.2.4 原始樣 XRD 衍射分析33
• 3.2.5 原始樣透射電鏡分析33-35
• 3.3 TC18 鈦合金高溫流變應(yīng)力本構(gòu)方程35-41
• 3.3.1 TC18 鈦合金熱壓縮試驗曲線35-37
• 3.3.2 TC18 鈦合金兩相區(qū)流變應(yīng)力本構(gòu)方程37-40
• 3.3.3 TC18 鈦合金單相區(qū)流變應(yīng)力本構(gòu)方程40-41
• 3.4 TC18 鈦合金熱加工圖與顯微組織演變41-47
• 3.4.1 熱加工圖的繪制41
• 3.4.3 TC18 鈦合金熱加工圖41-43
• 3.4.4 TC18 鈦合金熱加工失穩(wěn)區(qū)與可加工區(qū)組織觀察43-44
• 3.4.5 TC18 鈦合金兩相區(qū)高溫變形回復(fù)與再結(jié)晶分析44-47
• 3.5 本章小結(jié)47-49
• 第4章 TC18 鈦合金應(yīng)力松弛行為及其本構(gòu)關(guān)系49-61
• 4.1 引言49
• 4.2 TC18 鈦合金典型熱處理組織與力學(xué)性能49-51
• 4.3 原始樣應(yīng)力松弛行為的研究51-53
• 4.4 TC18 退火態(tài)應(yīng)力松弛行為的研究53-60
• 4.4.1 TC18 鈦合金退火態(tài)應(yīng)力松弛行為與溫度的關(guān)系54-56
• 4.4.2 初應(yīng)力對 TC18 鈦合金應(yīng)力松弛行為的影響56-58
• 4.4.3 組織對 TC18 鈦合金應(yīng)力松弛性能的影響58
• 4.4.4 應(yīng)力松弛本構(gòu)方程的建立58-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第5章 TC18 鈦合金長直桿件熱處理數(shù)值模擬61-74
• 5.1 引言61
• 5.2 TC18 鈦合金長直桿件真空電子束焊接過程的模擬61-68
• 5.2.1 電子束焊接簡介61-62
• 5.2.2 電子束焊接數(shù)值模擬有限元模型的建立62-63
• 5.2.3 電子束焊接數(shù)值模擬結(jié)果分析與討論63-68
• 5.3 TC18 鈦合金長直桿件焊后退火熱處理數(shù)值模擬68-72
• 5.3.1 邊界條件設(shè)定68-69
• 5.3.2 退火加熱過程殘余應(yīng)力及變形規(guī)律69-71
• 5.3.3 退火冷卻過程殘余應(yīng)力及變形規(guī)律71-72
• 5.4 應(yīng)力松弛方程的導(dǎo)入72
• 5.5 本章小結(jié)72-74
• 結(jié)論74-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及其他成果80-82
• 致謝82

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