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,鈦合金強力旋壓技術(shù)獲得了廣泛的關(guān)注。但是強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,而強力旋壓過程金屬沿構(gòu)件軸向和環(huán)向變形流動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強力旋壓過程進(jìn)行了模擬分析。剪切旋壓變形區(qū)金屬所受軸向壓應(yīng)力絕對值最大,環(huán)向壓應(yīng)力絕對值最小,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)力絕對值最大,環(huán)向壓應(yīng)力絕對值最小,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。筒形件強旋過程,由于旋輪的非對稱分布,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旋輪的實際進(jìn)給比、接觸區(qū)輪廓和面積,接觸區(qū)面積和實際進(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)計了旋壓芯軸偏載數(shù)據(jù)測量系統(tǒng),驗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。針對旋壓過程芯軸受力偏載問題提出了非對稱錯距旋壓新方法,有效改善了非對稱旋壓芯軸受力不平衡難題,在雙輥旋壓機上實現(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驗表明,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)向的抗拉強度經(jīng)歷了先減小后逐漸增加的趨勢,環(huán)向壓縮屈服強度保持緩慢升高,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)了壓縮屈服強度的升高。原始板材具有明顯的各向異性,隨著剪切旋壓對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,又形成了較強的0001基面織構(gòu)取向分布。從剪旋錐形件兩個方向晶粒{0001}11(?)0基面滑移系平均Schmid因子對比可知,相對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)出兩個方向上的強化效應(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,晶粒c軸與ND取向差同時減小,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)成形和多道次強旋成形實現(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)向性能都獲得了強化,抗拉強度提高約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)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG306

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李增輝;趙升鈍;韓冬;張立武;張冠華;華小渝;;淺析旋輪常見的幾種失效形式[J];鍛壓技術(shù);2007年02期

2 秦升學(xué);任莉新;郝繼東;吳鳳玲;刑照斌;;旋輪設(shè)計與制造的若干關(guān)鍵技術(shù)問題[J];鍛壓技術(shù);2009年05期

3 范素芹;高順喜;吳立波;;旋輪采用中空冷卻下的熱機耦合分析[J];鍛壓技術(shù);2011年01期

4 王俊祥;;塑變成形旋輪的形狀及應(yīng)用[J];金屬成形工藝;1996年06期

5 呂雪梅,楊玉英,呂炎,王潔華;三旋輪縮旋變形實驗研究[J];鍛壓技術(shù);1998年04期

6 徐文臣;單德彬;呂炎;李春峰;;筒形件三旋輪非對稱旋壓的剛粘塑性有限元模擬[J];塑性工程學(xué)報;2007年04期

7 劉建芳，高曙，宋宗華;旋輪受力曲線的分析與應(yīng)用[J];航天工藝;1994年01期

8 劉建華,楊合;多道次普旋技術(shù)發(fā)展與旋輪軌跡的研究[J];機械科學(xué)與技術(shù);2003年05期

9 夏琴香;胡昱;孫凌燕;葉邦彥;;旋輪型面對矩形內(nèi)齒旋壓成形影響的數(shù)值模擬[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年08期

10 黃亮;楊合;詹梅;胡莉巾;;旋輪參數(shù)對鋁合金分形旋壓的影響規(guī)律[J];塑性工程學(xué)報;2009年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 夏琴香;詹欣溪;張帥斌;程秀全;;三面圓弧型等距截面空心零件旋輪運動軌跡的設(shè)計[A];第十一屆全國旋壓技術(shù)交流大會論文集[C];2008年

2 孫家鐘;;旋壓見聞雜談——多機線、旋輪庫、齒型旋、鏟旋[A];第十一屆全國旋壓技術(shù)交流大會論文集[C];2008年

3 王家勛;;論我國設(shè)計、制造立式重型旋壓機的可行性[A];第十一屆全國旋壓技術(shù)交流大會論文集[C];2008年

4 秦嶸;王立志;黨民;胡景春;;一種新型封頭冷旋壓機的研制[A];第八屆全國塑性加工學(xué)術(shù)年會論文集[C];2002年

5 余肖放;李繼貞;;數(shù)控旋壓機的研制和發(fā)展[A];第十一屆全國旋壓技術(shù)交流大會論文集[C];2008年

6 范國軍;高軍偉;;兩輪旋壓的工藝研究[A];第十一屆全國旋壓技術(shù)交流大會論文集[C];2008年

7 侯紅亮;余肖放;王耀奇;;國內(nèi)旋壓設(shè)備及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀[A];2008年中國機械工程學(xué)會年會暨甘肅省學(xué)術(shù)年會文集[C];2008年

8 楊志強;劉繼強;王利民;;數(shù)控旋壓機簡介及旋壓零件成形工藝概況[A];第十一屆全國旋壓技術(shù)交流大會論文集[C];2008年

9 馬振平;李宇;孫昌國;余達(dá)太;胡建中;;數(shù)控/錄返旋壓機的研制[A];數(shù)控技術(shù)學(xué)術(shù)研討會論文集[C];1999年

10 韓冬;楊延濤;李增輝;趙琳瑜;;薄壁細(xì)長圓筒旋壓共振現(xiàn)象分析[A];第十一屆全國旋壓技術(shù)交流大會論文集[C];2008年

相關(guān)重要報紙文章 前2條

1 楊世杰　徐玉榮;“旋”出一個大市場[N];中國航天報;2012年

2 于浩 楊佳琪;李繼貞：中國旋壓領(lǐng)域的佼佼者[N];中國航空報;2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 趙小凱;TA15鈦合金薄壁構(gòu)件熱強旋成形及性能強化機理研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉佳佳;大型強力數(shù)控旋壓機液壓伺服系統(tǒng)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2014年

2 彭寬棟;數(shù)控旋壓機專用數(shù)控系統(tǒng)的研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2012年

3 伍毅;GSC3012A鈑制皮帶輪旋壓機液壓與控制系統(tǒng)設(shè)計[D];揚州大學(xué);2015年

4 彭星;航天大件旋壓機張力驅(qū)動系統(tǒng)研究[D];中北大學(xué);2016年

5 張盟盟;航天大型零件旋壓機縱向驅(qū)動系統(tǒng)的研究[D];中北大學(xué);2016年

6 李明濤;旋壓機滑座系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D];青島理工大學(xué);2016年

7 張治鋒;鉭鎢合金筒形件旋壓加工仿真研究[D];長春理工大學(xué);2015年

8 鄭巖冰;鈑金件普旋過程中旋壓路徑與失穩(wěn)起皺研究[D];沈陽航空航天大學(xué);2017年

9 李研;異形件旋壓路徑與變形控制研究[D];沈陽航空航天大學(xué);2017年

10 寧揚;Φ630mm無縫鋼管冷旋壓機變形參數(shù)及關(guān)鍵技術(shù)研究[D];太原科技大學(xué);2016年

，

本文編號：1485065