鈦及鈦合金由于其密度低、焊接性能良好、比強度和剛度高、無磁、良好的耐腐蝕及優(yōu)異的生物相容性等特點,在航天、航空、汽車、船舶、海洋工程、裝甲和生物醫(yī)療等方面有著廣泛的應用。Ti-6Al-4V合金的使用量占到鈦及鈦合金總使用量的八成左右,是鈦合金中的王牌合金,研究Ti-6Al-4V合金零件的成形對整個鈦合金的使用及發(fā)展至關(guān)重要。Ti-6Al-4V粉末冶金技術(shù)可以避免鈦合金鍛造和鑄造過程中的種種缺陷與不足,繼承并結(jié)合兩者的優(yōu)勢,有著良好的發(fā)展前景。隨著對Ti-6Al-4V粉末冶金技術(shù)研究的深入,人們需要對Ti-6Al-4V粉末冶金工藝中的壓制過程進行模擬分析,而本構(gòu)模型決定著Ti-6Al-4V粉末壓制成形過程分析的準確性。由于Ti-6Al-4V粉末壓制成形過程非常復雜,目前仍沒有一個公認的本構(gòu)模型描述其壓制成形過程。鑒于此,本文通過實驗建立了Ti-6Al-4V粉末壓制的修正Drucker-Prager Cap本構(gòu)模型,并用有限元軟件ABAQUS對建立的模型進行了模擬驗證,分析了模壁摩擦系數(shù)、壓制方式和高徑比對壓坯平均相對密度及密度分布的影響規(guī)律。首先,在室溫下通過單軸壓縮實驗、巴西圓盤實驗以及模壓實驗,經(jīng)計算建立了Ti-6Al-4V粉末冷模壓制的修正Drucker-Prager Cap本構(gòu)模型,得到了模壁摩擦系數(shù)隨壓制力變化的關(guān)系。當上模沖壓力小于某一值(50MPa)時,隨上模沖壓力的增加,模壁摩擦系數(shù)逐漸減小;當上模沖壓力大于該值(50MPa)后,上模沖壓力增加,模壁摩擦系數(shù)基本不變。然后將建立的Ti-6Al-4V粉末冷模壓制的修正Drucker-Prager Cap本構(gòu)模型進行ABAQUS模擬驗證。模擬結(jié)果表明,ABAQUS模擬壓制結(jié)果與模壓實驗結(jié)果有很高的契合度,說明建立的本構(gòu)模型能有效的分析Ti-6Al-4V粉末冷模壓制成形過程。隨后通過ABAQUS軟件分析了模壁摩擦系數(shù)、壓制方式和高徑比對壓坯致密度及密度分布的影響規(guī)律。模擬結(jié)果表明,模壁摩擦系數(shù)越小,壓坯的平均相對密度越高,密度分布范圍越小;采用雙向壓制時,壓坯平均相對密度比單向壓制高,密度分布更均勻;壓坯高徑比越大,壓坯分層情況越嚴重,密度分布范圍越大,越不均勻。最后,在80℃、140℃、200℃、260℃下分別進行了熱壓實驗,然后將各溫度條件下的壓坯進行了相應的單軸壓縮實驗和巴西圓盤實驗,分析歸納了線性剪切破壞面參數(shù)隨溫度變化的關(guān)系,進而建立了Ti-6Al-4V粉末隨壓制溫度變化的修正Drucker-Prager Cap本構(gòu)模型,并用ABAQUS軟件進行了模擬驗證。
【學位單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TF125.2
【部分圖文】：

第 2 章 修正 Drucker-Prager Cap 本構(gòu)模型首先介紹 Ti-6Al-4V 粉末壓制過程模擬分析擬采用的修正ap 本構(gòu)模型，然后討論模型中各參數(shù)的物理意義及實驗測試與本模型 Drucker-Prager Cap 本構(gòu)模型[55]為各向同性，其屈服面由 3 部剪切破壞面，控制材料在剪切作用下的移動；一個帽子曲面壓縮而造成的屈服，此外還可控制材料在剪切力下的無約束面，同時與帽子曲面和剪切破壞面相切，便于進行數(shù)值計算

圖 2-2 修正 Drucker-Prager Cap 本構(gòu)模型的塑性勢面在修正 Drucker-Prager Cap 本構(gòu)模型中，除了 α 外，β、d、 、 和 R 都是相對密度相關(guān)的函數(shù)，他們一起確定了修正 Drucker-Prager Cap 本構(gòu)模型。此外，彈性模量 E、泊松比 υ 和摩擦系數(shù) μ 也是壓制過程中的重要參量。2.2 模型參數(shù)的確定2.2.1 剪切破壞面的參數(shù)確定（β、d）盡管在上一節(jié)中已經(jīng)給出了修正 Drucker-Prager Cap 本構(gòu)模型中線性剪切破壞面 的計算公式，但摩擦角 β 和內(nèi)聚力 d 還需通過實驗測試進行計算。在修正 Drucker-Prager Cap 本構(gòu)模型中，通常用下列四種實驗中的兩種來確定剪切破壞面，這四種實驗分別是：單軸拉伸實驗、剪切實驗、巴西圓盤（徑向壓縮）實驗和單軸壓縮實驗，這四個實驗在線性剪切破壞線上最大加載點的 q/p

切破壞面的確定：（1）單軸拉伸實驗；（2）剪切實（3）巴西圓盤實驗；（4）單軸實驗，如圖 2-4（a）所示，可獲得 Ti-6Al-4V 粉末縮強度，在進行軸向壓縮實驗時，壓坯須剪切破壞向最大壓制破壞力決定，其關(guān)系如下：= 大壓制破壞力，D 為壓坯的直徑，且對于單軸壓= 。實驗，如圖 2-4（b）所示，可獲得 Ti-6Al-4V 粉末壓縮強度，在進行巴西圓盤實驗時，壓坯須沿直徑強度 由徑向最大壓制破壞力決定，其關(guān)系如下：σ = 大壓制破壞力， t 為壓坯的高度。且對于巴西圓
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本文編號：2872725