[成形过程仿真优化与集成计算材料工程]钛合金热成形工艺形变与组织演变耦合多尺度仿真研究进展

讨论了钛合金高温变形晶体塑性有限元模拟的研究进展，并分析了晶体塑性模型在钛合金细观尺度不均匀变形和组织演化方面的应用；围绕钛合金热成形过程变形与组织演变耦合模拟需求，讨论了钛合金高温成形统一黏塑性本构模型的发展过程，并介绍了统一黏塑性本构模型在钛合金热成形工艺的应用实例。统一黏塑性本构模型考虑了钛合金高温变形过程中回复、再结晶、相变、损伤等组织演变行为与宏观应力应变之间的耦合作用，为实现钛合金构件形状尺寸和组织性能的精确预测和成形工艺优化提供了有效的手段。最后分析了钛合金热成形工艺多尺度建模仍存在的问题，并展望了多尺度建模的发展趋势。     

长轴波纹管的差温局部热态气压成形新工艺

针对AZ31镁合金长轴波纹管提出差温局部热态气压成形新工艺。首先在温度范围573~673 K、应变速率范围0.001~0.1 s^-1条件下对AZ31镁合金管材进行了热拉伸实验,分析了温度、应变速率对其力学性能的影响。设计制造了长轴波纹管差温局部热态气压成形装置,利用该装置,通过单波波纹管的热气胀成形研究了成形温度、成形内压对波纹管成形时间、壁厚分布的影响规律,从而确定最佳成形工艺窗口,并通过五波长轴波纹管的成形验证该新工艺的可行性。结果表明,差温成形过程中,低温区最高温度不超过50 ℃,高温区温度可以精确控制,误差在±5 ℃以内。在温度623 K、恒定气压14 MPa条件下,通过小模具成功成形出五波长轴镁合金波纹管。成形后波峰位置平均晶粒尺寸从21.8 μm细化到16.56 μm,其主要原因为成形过程中发生了动态再结晶。     

预拉深对气胀钛合金筒形件壁厚均匀性的影响

以钛合金筒形件为研究对象,针对传统气胀成形存在减薄率过大问题,开展了预拉深-气胀复合成形方法研究。采用数值模拟分析了传统气胀成形中筒底减薄率过大的原因,实验研究了不同加载路径对TA15筒形件减薄率的影响。结果表明:气胀成形的加载速度对减薄率有一定的影响,慢速气胀和快速气胀成形件最大减薄率分别为63.2%、54.2%,仅提高加载速度并不能满足壁厚均匀性要求;在有一定预拉深的情况下,通过热拉深-气胀复合成形,最大减薄率可减小到36.7%。热拉深-气胀复合成形工艺可有效改善成形件的壁厚分布均匀性.     

Ti2AlNb合金超塑成形／扩散连接工艺研究

为研究Ti_2AlNb合金的超塑性及其成形性能,在920~960℃温度区间,应变速率10~(-3)-10~(-5)s~(-1)范围内对该材料的超塑性进行了研究,结果表明该材料在960℃,1×10~(-4)s~(-1)应变速率时具有较好超塑性,最大延伸率可达230%,应变速率敏感性指数为0.31;用Marc软件模拟了Ti_2AlNb合金的3层结构超塑成形过程,对缺陷形成进行分析,分析表明在芯板厚度为面板厚度1/3时,可改善3层结构表面缺陷;用超塑成形/扩散连接工艺实现了Ti_2AlNb合金3层结构的制备,并通过改变芯板和外层面板的厚度比改善了3层结构表面缺陷,结果表明,采用合理的工艺方式及工艺参数能够实现该合金的空心夹层结构的制备.     

钛合金钣金构件高压气胀成型技术研究进展

介绍了一种钛合金钣金构件的高压气胀成型技术.该技术采用高压气体介质传递载荷,使板材或管材在一定温度下变形,贴靠模具型腔以获得复杂形状,具有压力高(最高70MPa)、尺寸精度高、壁厚均匀性好等特点.以一种筒形件和一种异形截面管件为例,研究了复杂构件壁厚均匀性的控制方法,采用热拉深-高压气胀复合成型工艺和局部扩胀-高压气胀复合成型工艺,研制了壁厚较为均匀的钛合金筒形件和异形截面管件.