本文關(guān)鍵詞： TA15鈦合金 剪切旋壓 筒形件旋壓 組織演化 旋輪分布模式　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：為適應(yīng)武器裝備的輕量化和高性能發(fā)展需求,鈦合金強(qiáng)力旋壓技術(shù)獲得了廣泛的關(guān)注。但是強(qiáng)力旋壓影響因素眾多,成形過程芯軸、坯料和旋輪之間的相互作用對(duì)旋壓工藝穩(wěn)定性具有重要影響。TA15鈦合金具有密排六方為主的晶體結(jié)構(gòu),決定了其塑性變形過程呈現(xiàn)明顯的各向異性,而強(qiáng)力旋壓過程金屬沿構(gòu)件軸向和環(huán)向變形流動(dòng)具有明顯的不均勻性,如何控制旋壓件性能均勻性需要深入地研究。采用彈塑性有限元方法對(duì)強(qiáng)力旋壓過程進(jìn)行了模擬分析。剪切旋壓變形區(qū)金屬所受軸向壓應(yīng)力絕對(duì)值最大,環(huán)向壓應(yīng)力絕對(duì)值最小,主要發(fā)生厚度減薄和軸向伸長,環(huán)向應(yīng)變幾乎為零。筒形件旋壓變形區(qū)金屬所受徑向壓應(yīng)力絕對(duì)值最大,環(huán)向壓應(yīng)力絕對(duì)值最小,受三向壓應(yīng)力作用呈現(xiàn)徑向壓縮和軸向伸長應(yīng)變,環(huán)向應(yīng)變較小。筒形件強(qiáng)旋過程,由于旋輪的非對(duì)稱分布,變形區(qū)的環(huán)向應(yīng)力分布不再具有周期性。各旋輪徑向旋壓力呈現(xiàn)差異導(dǎo)致芯軸受力偏載,影響旋壓工藝的穩(wěn)定性及旋壓件的成形精度。旋輪數(shù)量及其沿著芯軸環(huán)向的中心夾角決定了每個(gè)旋輪的實(shí)際進(jìn)給比、接觸區(qū)輪廓和面積,接觸區(qū)面積和實(shí)際進(jìn)給比成比例關(guān)系,且旋壓力變化與接觸面積成正相關(guān)。設(shè)計(jì)了旋壓芯軸偏載數(shù)據(jù)測量系統(tǒng),驗(yàn)證了有限元模擬和芯軸受力狀態(tài)力學(xué)解析結(jié)果的正確性。針對(duì)旋壓過程芯軸受力偏載問題提出了非對(duì)稱錯(cuò)距旋壓新方法,有效改善了非對(duì)稱旋壓芯軸受力不平衡難題,在雙輥旋壓機(jī)上實(shí)現(xiàn)多旋輪旋壓成形,提高了設(shè)備柔性和工藝穩(wěn)定性。TA15鈦合金多道次剪切旋壓實(shí)驗(yàn)表明,在剪切應(yīng)力作用下,首先發(fā)生了晶粒破碎,隨著旋壓道次和減薄率的增加,旋輪徑向作用力增加,晶粒沿構(gòu)件軸向和切向同時(shí)產(chǎn)生伸長變形,晶粒細(xì)化明顯。錐形件軸向和環(huán)向的抗拉強(qiáng)度經(jīng)歷了先減小后逐漸增加的趨勢(shì),環(huán)向壓縮屈服強(qiáng)度保持緩慢升高,這是由于剪切旋壓環(huán)向應(yīng)變很小,而旋壓過程晶粒細(xì)化作用促進(jìn)了壓縮屈服強(qiáng)度的升高。原始板材具有明顯的各向異性,隨著剪切旋壓對(duì)長條狀晶粒的破碎作用,部分晶粒取向發(fā)生10(?)0和11(?)0方向傾轉(zhuǎn),0001基面織構(gòu)被弱化,隨著旋壓減薄率增加,晶粒被壓縮并沿母線方向伸長,大量晶粒晶體取向分布趨于一致,又形成了較強(qiáng)的0001基面織構(gòu)取向分布。從剪旋錐形件兩個(gè)方向晶粒{0001}11(?)0基面滑移系平均Schmid因子對(duì)比可知,相對(duì)于板材明顯的各向異性,多道次剪切旋壓錐形件各向異性較小,表現(xiàn)出兩個(gè)方向上的強(qiáng)化效應(yīng),構(gòu)件性能更加均勻。TA15鈦合金筒形件多道次熱強(qiáng)旋過程中晶粒沿軸向被逐漸拉長形成長條狀纖維組織,環(huán)向伸長程度低于軸向。隨著減薄率的增加,單向旋壓筒形件的軸向抗拉強(qiáng)度逐漸高于環(huán)向,而交叉旋壓筒形件的環(huán)向與軸向性能比較接近。單向旋壓過程,沿軸向上晶粒c軸與ND取向差逐漸減小,從60.7°減小到25.4°,而沿環(huán)向上晶粒c軸與ND取向差基本不變,導(dǎo)致旋壓筒形件各向異性明顯。交叉旋壓過程晶粒沿軸向和環(huán)向的晶體取向都發(fā)生了明顯轉(zhuǎn)動(dòng),晶粒c軸與ND取向差同時(shí)減小,沿軸向上從58.3°減小到24.3°,沿環(huán)向上從49.1°減小到16.1°。單向旋壓后軸向的{0001}11(?)0基面滑移系Schmid因子明顯小于環(huán)向,而交叉旋壓過程晶粒取向Schmid因子在環(huán)向也有明顯降低,促進(jìn)了環(huán)向力學(xué)性能的提升。采用筒形件變壁厚旋壓制坯和熱擴(kuò)口成形獲得了壁厚均勻且組織性能良好的薄壁錐筒構(gòu)件。通過控制坯料不同部位溫度區(qū)間和各段壁厚分布,有效避免了傳力區(qū)起皺和變形區(qū)破裂,提高了擴(kuò)口成形極限和壁厚均勻性。采用剪切旋壓預(yù)成形和多道次強(qiáng)旋成形實(shí)現(xiàn)了薄壁錐筒構(gòu)件的整體精密成形。剪切旋壓使軋制板材中層片狀長條組織產(chǎn)生了破碎,隨著多道次強(qiáng)旋成形,破碎后的晶粒逐漸沿構(gòu)件軸向和環(huán)向伸長變形,成形后構(gòu)件微觀組織更加細(xì)化,軸向和環(huán)向性能都獲得了強(qiáng)化,抗拉強(qiáng)度提高約20%。
[Abstract]:In order to adapt to the light weight and high - performance development demands of the weapon equipment , the strength spinning technology of titanium alloy has gained wide attention . However , the influence factors of strong spinning are many factors . The axial tensile strength of the one - way spinning cylindrical member is gradually higher than that of the circumferential direction , and the circumferential direction of the cross - spinning cylindrical member is close to the axial performance .

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TG306

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