本文關(guān)鍵詞：TC27鈦合金平衡肘精鍛成形數(shù)值模擬及優(yōu)化分析

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【摘要】：TC27鈦合金是國內(nèi)自主研發(fā)的一種新型高強(qiáng)度、高韌性和高淬透性近?型鈦合金,可以應(yīng)用于航空航天及履帶車輛的結(jié)構(gòu)件中。TC27鈦合金鍛件的鍛造過程中鍛件內(nèi)部容易出現(xiàn)有缺陷的變形組織,無法保證鍛件的質(zhì)量。本文利用加工圖技術(shù)和有限元技術(shù)相結(jié)合的方法,實(shí)現(xiàn)從應(yīng)力狀態(tài)可加工性和內(nèi)稟可加工性兩方面對(duì)鍛造過程中的變形組織進(jìn)行模擬與預(yù)測。將該方法應(yīng)用對(duì)TC27鈦合金平衡肘鍛件鍛造過程進(jìn)行數(shù)值模擬,并優(yōu)化其工藝參數(shù),研究結(jié)果對(duì)獲得性能良好的平衡肘鍛件具有一定的指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值。利用加工圖理論和失穩(wěn)變形判據(jù)獲得了TC27鈦合金在不同應(yīng)變下的失穩(wěn)圖,并確定了失穩(wěn)變形組織熱力參數(shù)窗口為:溫度700℃~850℃,應(yīng)變速率0.25 s-1~70s-1、溫度850℃~900℃,應(yīng)變速率0.6s-1~70 s-1、溫度900℃~1000℃,應(yīng)變速率1s-1~70 s-1、溫度1000℃~1080℃,應(yīng)變速率0.5 s-1~70 s-1、溫度1080℃~1200℃,應(yīng)變速率0.3 s-1~70 s-1。將失穩(wěn)變形組織熱力參數(shù)窗口導(dǎo)入Deform3D有限元軟件,實(shí)現(xiàn)了對(duì)Deform3D有限元軟件的二次開發(fā)。對(duì)TC27鈦合金在900℃,0.1s-1、900℃,1s-1和900℃,10s-1時(shí)熱壓縮過程中的失穩(wěn)變形組織演變規(guī)律進(jìn)行了模擬和預(yù)測。結(jié)果表明:在900℃,0.1s-1壓縮時(shí),試樣在整個(gè)壓縮過程中都為穩(wěn)定變形組織;在900℃,1s-1壓縮時(shí),試樣中心區(qū)域和端面外圓周區(qū)域在壓縮過程中先后進(jìn)入失穩(wěn)變形組織窗口,并隨著變形的進(jìn)行,失穩(wěn)變形組織區(qū)域逐漸擴(kuò)大,至壓縮結(jié)束時(shí)試樣的大部分區(qū)域處于失穩(wěn)變形組織窗口。在900℃,10s-1壓縮時(shí),試樣在整個(gè)壓縮過程中所有區(qū)域均為失穩(wěn)變形組織。利用二次開發(fā)后的Deform3D有限元軟件對(duì)TC27鈦合金平衡肘鍛件的鍛造過程進(jìn)行模擬分析,研究鍛造過程中鍛件幾何形狀的變化,溫度場、等效應(yīng)變場、等效應(yīng)力場、載荷大小及鍛件失穩(wěn)變形組織的演變規(guī)律進(jìn)行了研究分析。研究結(jié)果表明:在平衡肘成形過程中,彎角部位最先出現(xiàn)失穩(wěn)變形組織,隨著加載步的增加,失穩(wěn)變形組織區(qū)域逐漸擴(kuò)大,加載結(jié)束時(shí),鍛件外沿周區(qū)域和毛邊槽的橋部區(qū)域都出現(xiàn)了失穩(wěn)變形組織。在分析影響型槽填充情況、失穩(wěn)組織變形情況、變形載荷工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一個(gè)L16正交試驗(yàn),研究了因素(中間坯形狀及尺寸、液壓機(jī)壓下速度、始鍛溫度、摩擦因子)對(duì)型槽填充情況、失穩(wěn)組織變形情況、變形載荷的影響規(guī)律。研究表明:中間坯形狀及尺寸對(duì)型槽填充情況的首要影響因素,壓下速度對(duì)失穩(wěn)組織變形情況的影響最大,始鍛溫度對(duì)變形載荷的影響最顯著。根據(jù)綜合優(yōu)化分析,優(yōu)化出了TC27鈦合金平衡肘鍛件的最優(yōu)鍛造工藝方案為:中間坯形狀及尺寸為S4,摩擦因子為0.3,始鍛溫度為910℃,壓下速度為1mm/s。
【關(guān)鍵詞】：TC27鈦合金 失穩(wěn)圖 數(shù)值模擬 失穩(wěn)變形組織 正交試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG319
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 鈦合金概述9-11
• 1.2.1 鈦及鈦合金簡介9-10
• 1.2.2 鈦合金的分類10-11
• 1.3 鈦合金鍛造成形技術(shù)11-12
• 1.3.1 鍛造成形特點(diǎn)11-12
• 1.3.2 精確鍛造技術(shù)12
• 1.4 加工圖技術(shù)和有限元技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀12-14
• 1.4.1 加工圖技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀12-13
• 1.4.2 有限元技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀13-14
• 1.4.3 加工圖和有限元技術(shù)相結(jié)合的研究現(xiàn)狀14
• 1.5 研究目的及主要研究內(nèi)容14-16
• 第二章 加工圖的理論基礎(chǔ)及失穩(wěn)變形組織的模擬與預(yù)測16-33
• 2.1 加工圖技術(shù)理論基礎(chǔ)16-18
• 2.1.1 DMM理論及功率耗散圖16-17
• 2.1.2 失穩(wěn)變形判據(jù)及失穩(wěn)圖17-18
• 2.2 基于加工圖和有限元技術(shù)的失穩(wěn)變形組織模擬與預(yù)測方法18-19
• 2.2.1 失穩(wěn)變形組織熱力參數(shù)窗.的確定18-19
• 2.2.2 實(shí)現(xiàn)失穩(wěn)變形組織模擬與預(yù)測的方法19
• 2.3 TC27鈦合金失穩(wěn)變形組織熱力參數(shù)邊界條件的確定19-25
• 2.3.1 試驗(yàn)材料19-20
• 2.3.2 TC27鈦合金材料模型20-21
• 2.3.3 失穩(wěn)圖及失穩(wěn)變形組織的熱力參數(shù)邊界條件21-25
• 2.4 TC27鈦合金壓縮過程失穩(wěn)變形組織的模擬與預(yù)測25-32
• 2.4.1 模擬參數(shù)設(shè)定25-26
• 2.4.2 不同應(yīng)速率下失穩(wěn)變形組織的模擬26-27
• 2.4.3 壓縮變形過程場變量的模擬結(jié)果與分析27-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第三章 TC27鈦合金平衡肘精鍛成型過程及失穩(wěn)變形組織的數(shù)值模擬33-47
• 3.1 模擬實(shí)驗(yàn)方案33-34
• 3.2 幾何模型建立34-35
• 3.3 TC27鈦合金平衡肘成形過程數(shù)值模擬35-45
• 3.3.1 TC27鈦合金平衡肘成形模擬參數(shù)35-36
• 3.3.2 TC27鈦合金平衡肘成形過程中幾何形狀的變化36-38
• 3.3.3 TC27鈦合金平衡肘成形過程中溫度演變規(guī)律38-40
• 3.3.4 TC27鈦合金平衡肘成形過程中等效應(yīng)變演變規(guī)律40-41
• 3.3.5 TC27鈦合金平衡肘成形過程中等效應(yīng)力場演變規(guī)律41-43
• 3.3.6 TC27鈦合金平衡肘成形過程中載荷與行程關(guān)系曲線演變規(guī)律43-44
• 3.3.7 TC27鈦合金平衡肘成形過程中失穩(wěn)組織變形的演變規(guī)律44-45
• 3.4 本章小結(jié)45-47
• 第四章 TC27鈦合金平衡肘鍛造工藝參數(shù)優(yōu)化47-66
• 4.1 正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)方法47-49
• 4.1.1 正交試驗(yàn)的理論基礎(chǔ)47
• 4.1.2 正交試驗(yàn)的分析方法47-49
• 4.2 TC27鈦合金平衡肘鍛造工藝參數(shù)正交優(yōu)化設(shè)計(jì)及試驗(yàn)49-52
• 4.2.1 確定因子和水平49-51
• 4.2.2 正交表的選擇和工藝方案的確定51-52
• 4.3 正交試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果52-53
• 4.4 正交試驗(yàn)?zāi)M結(jié)果分析53-59
• 4.4.1 工藝參數(shù)對(duì)平衡肘鍛件型槽填充的影響及鍛造工藝方案優(yōu)化53-55
• 4.4.2 工藝參數(shù)對(duì)平衡肘鍛件失穩(wěn)變形的影響及鍛造工藝方案優(yōu)化55-57
• 4.4.3 工藝參數(shù)對(duì)平衡肘鍛件變形載荷的影響及鍛造工藝方案優(yōu)化57-59
• 4.5 平衡肘鍛件鍛造最優(yōu)工藝方案的確定59-61
• 4.6 平衡肘鍛件鍛造最優(yōu)工藝方案的模擬驗(yàn)證61-64
• 4.7 本章小結(jié)64-66
• 第五章 結(jié)論66-68
• 參考文獻(xiàn)68-71
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明71-72
• 致謝72-73

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本文編號(hào)：848069