钛合金车削温度的仿真与试验研究

基于ABAQUS建立了YG8硬质合金刀具车削TC4钛合金的二维切削仿真模型,通过红外热成像仪测得的切削温度对仿真模型得到的切削温度进行了验证,并研究了该模型刀具前刀面切削温度与切削速度、进给量、刀具前角及刀具后角的关系,通过中心复合试验得到了切削温度关于切削速度、进给量和刀具前角的预报模型。研究表明:仿真得到的切削温度与试验得到的切削温度相差小于10%;在一定范围内,随着切削速度和进给量的增加,切削温度均增加;随着刀具前角的增加,切削温度减小;随着刀具后角的增加,切削温度变化幅度不大;切削速度对切削温度的影响最为显著。     

TC4钛合金等温锻造过程的数值模拟和实验研究

实验研究了TC4钛合金等温锻造的工艺过程,并采用DEFORM-3D有限元软件对其进行数值模拟.结果表明,采用等温锻造工艺成功地锻造出某钛合金复杂结构件,锻件轮廓清晰、表面光洁、尺寸精度高,金属流线分布合理,组织性能超过常规机加工件,其材料用量相对于常规机加工件提高到60%.通过软件模拟,了解锻件成形的应力、应变及金属流动等信息,为工艺的确定和设备的选取提供了理论依据.     

TC11钛合金金盘等温流变形成的数值模拟及其生产应用

针对钛合金压气相盘的等温流变成形过程,应用有限元数值方法,对热加工规范许可的某一成形温度和不同应变速率下的流变形形过程进行了分析和比较,模拟结果包括一系列人机交互篡夺成的流变过程图、等效应变场、挤压力曲线及等温度场等,从数值模拟“实验”的角度,对热流变成形过程进行了不可逆过程热力学分析,并对等温流变形形件进行了低倍流线、金相组织、力学性能等的检测。     

TC4钛合金框退火过程畸变与控制模拟仿真

针对某TC4钛合金框退火畸变问题,采用模拟仿真方法研究了其在有、无外加约束两种状态下的退火过程。结果表明：无外加约束时零件端部将产生最大达1.5 mm的翘曲畸变,无法满足设计要求;而在其翘曲端施加约束后,可将翘曲畸变控制在0.15 mm以内,满足设计要求。因此,施加适当的外加约束是控制钛合金退火过程畸变的有效手段。     

形变影响TC4钛合金组织演变的温度依赖特性研究

本文采用等应变速率高温拉伸变形试验,研究了TC4钛合金在不同形变温度下微观组织和性能的演变行为,着重探讨了形变对钛合金组织演化、相变的影响作用及其随温度的变化规律。结果表明,α+β两相区变形,随形变温度升高,峰值应力及所需应变降低。形变对微观组织演化的影响作用随形变温度变化而改变：两相区中低温段（900℃以下）,形变促进初生α相再结晶,细化初生α相尺寸;两相区高温段（900℃以上）,形变促进次生α相球化,其作用随温度升高先增强后减弱。形变影响β→α相变进程,提高次生α相形核率,尤以两相区中低温段变形更为显著,从而使得片层状次生α相数量增加、间距明显细化。随形变温度升高,组织中α相总量先下降后上升,导致硬度先降低后升高,耐蚀性先升高后下降。其中900℃变形时,TC4钛合金α相总量最少（约57%）,硬度略有降低而耐蚀性达到最优。     

钛合金搅拌摩擦焊接动态过程有限元模型

建立4mm厚TC4钛合金搅拌摩擦焊接热输入数学模型,并将模型应用于焊接动态过程温度场仿真,通过试验及有限元模拟进行验证.结果表明,在动态分析过程中,热源恒速移动,工件的温度峰值逐渐平稳,工件温度分布相对稳定,此时搅拌头前端和后端的工件温度分布有所不同,前端温度变化较快,温度梯度相对较大,后端温度变化较慢,高温范围较大.     

基于湍流计算模型的TC4钛合金搅拌摩擦焊过程的流场分析

以TC4钛合金为研究对象,利用计算流体力学软件FLUENT建立搅拌摩擦焊过程的三维有限体积模型,选取k-ε湍流计算模型,利用数值模拟的方法对材料的塑性流动行为进行了研究。结果表明:搅拌头及其附近区域的材料流动方向与搅拌头的旋转方向相同,且此区域的材料流动速度远大于其它区域;受接触点线速度的影响,轴肩附近的材料流动速度大于焊件内部与搅拌针接触区域材料的流动速度,且搅拌针附近材料的流动速度随搅拌针的直径减小而减小。     

TC4钛合金惯性摩擦焊接头塑性金属流动行为研究

分别对相同焊接面积和不同焊接面积的TC4钛合金棒材进行惯性摩擦焊试验,通过镶嵌标示材料的方法,探讨了其焊缝附近塑性金属的流动行为。研究表明,在焊接过程中,焊缝附近塑性金属呈两种运动方式:焊缝面的水平圆周运动和焊缝厚度方向的螺旋前进运动。当焊接面积相同时,塑性金属在摩擦扭矩、顶锻压力和"X"形焊缝的作用下,以螺旋的流动方式向焊缝流动。外缘塑性金属最先流出焊缝形成最初的飞边,随后内部金属流出形成接近焊缝的飞边。当焊接面积不同时,在摩擦扭矩、顶锻压力和"弧"形焊缝的作用下以螺旋的流动方式向焊缝流动,细端外缘塑性金属最先流出焊缝形成最初的飞边,随后细端内部金属流出形成接近细端焊缝的飞边,当细端飞边达到与粗端焊接面积相同时粗端才会出现飞边。     

热处理温度对等轴初晶TC4钛合金组织及性能的影响

研究了热处理温度对初始等轴组织TC4钛合金显微组织及力学性能的影响。随热处理温度的升高,合金的组织逐渐由等轴态转变为双态和β转变组织,同时其力学性能也随之发生变化。其中热处理温度在950~970℃之间时可获得综合力学性能较好的双态组织。研究结果表明,可通过调节热处理条件实现TC4合金的组织性能调控。     

置氢TC16钛合金室温变形行为

应用准静态、动态压缩等试验研究TC16钛合金的室温变形行为;利用OM、XRD等手段分析置氢后合金的显微组织和相演变。结果表明：氢降低了合金的相变点,促进了亚稳β相的生成。静态压缩时,随着变形速度和氢含量的增加,合金的变形极限先降低后增加。氢含量为0.6%(质量分数)、变形速度为100 mm/min时,合金变形能力已经达到甚至超过原始合金,流变应力较原始下降200 MPa。动态变形时,材料发生明显动态软化,流变应力表现出高温变形特征。     

TC4钛合金微弧氧化膜层高温氧化性能研究

利用微弧氧化(MAO)技术在TC4钛合金表面原位制备陶瓷膜层,并通过硅酸钠水溶液对膜层进行了封孔处理。采用X射线衍射仪(XRD)分析了膜层相组成,通过扫描电子显微镜(SEM)观察了膜层表面形貌。通过粘结拉伸测试,比较了膜层在封孔前后与基体的结合强度。利用高温氧化实验,考察了TC4基体及膜层试样封孔前后的抗高温氧化性能。结果表明:微弧氧化膜层与基体间的结合强度较高,经封孔处理及高温氧化100 h后,膜基结合强度降低至4.29 MPa。与TC4基体相比,微弧氧化膜层的高温氧化增重量小,抗高温氧化性能得到了显著的提高。封孔处理提高了微弧氧化膜层的致密性,使其能更好地阻止氧透过膜层向基体内侵入,进一步提高了膜层的抗高温氧化性能。     

应力应变下TC2钛合金在模拟海水环境中的腐蚀行为

目的研究TC2钛合金在模拟海水中的表面电化学及腐蚀行为,以及不同形变对其的影响。方法制备U形试样,进行模拟海水浸泡试验,采用电位测试、交流阻抗及极化曲线测试、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等方法进行分析。结果在240 d模拟海水中浸泡试验期间,无形变TC2钛合金表面钝化膜阻抗值随时间延长,先迅速增加,后缓慢增加,腐蚀电位持续升高,因此其表面电化学反应下降,腐蚀速率较低。45°形变TC2钛合金试样的表面钝化膜阻抗值先略微上升,后下降,最终低于初始阻抗值。90°形变试样的表面钝化膜阻抗值持续下降。经过240d浸泡后,无形变的试样表面出现微小的点蚀,45°形变试样表面点蚀密度增加,90°形变试样表面垂直压应力方向出现裂纹。XRD结果显示,形变处Ca~(2+)、Mg~(2+)等离子的吸附增加,这可能与表面粗糙度增大,TC2钛合金表面活性增加有关。结论在模拟海水环境中,无应变试样耐腐蚀性较强,应变导致TC2钛合金表面钝化膜破裂,点蚀增加,甚至出现裂纹,增加了TC2钛合金的应力腐蚀敏感性。     

温热条件下TC4钛合金板材超声振动辅助拉伸工艺研究

针对钛合金板材塑性变形能力差、成形温度高的问题,提出了温热条件下超声振动辅助成形方法,希望在温热环境条件下进一步提高钛合金板材的成形性能。本文通过200-600℃条件下的TC4板材超声振动辅助拉伸实验,分析了超声振动工艺参数对钛合金板材拉伸过程当中的工程应力-应变曲线、屈服强度、延伸率等性能指标的影响规律,并对拉伸试件显微组织及断口形貌进行分析。研究结果表明,温热拉伸过程施加合适的超声振动工艺参数,可以使TC4板材流动应力、屈服强度进一步降低,延伸率进一步提高,能够实现在温热条件下进一步提高成形性能的目的。     

退火温度对TC4钛合金动态断裂韧性的影响

采用示波冲击法,对750℃、相变点以下(20～60)℃、相变点以上10℃等7种不同热处理状态TC4钛合金的动态断裂韧性进行了测试,结合金相组织观察及扫描电镜断口形貌观察,分析了初生α相含量及次生α相形貌对TC4钛合金动态断裂韧性的影响.结果表明,对于初生α+β转变组织的TC4合金,初生α相含量在47％～50％范围,次生...     

退火温度和冷却速率对TC4钛合金的组织和性能的影响

采用室温拉伸试验和冲击试验方法,对TC4钛合金分别进行940, 960, 980 ℃退火,并在980 ℃退火后采取不同的冷却方式得到的试样进行强度（σb、σ0.2）,塑性（δ、ψ）和冲击韧性（ak）的测试,结合扫描电镜进行组织和形貌观察,得到了在相变点以下退火温度和冷却速率变化时,TC4钛合金的组织、强度、塑性和冲击韧性的变化规律：随着退火温度的升高,材料的强度、塑性和冲击韧性呈降低趋势;随着冷却速度的加快,材料的强度呈升高趋势,塑性和冲击韧性呈下降趋势。     

锻造温度对TC11钛合金组织和性能的影响

通过OM和SEM研究了锻造温度对TC11钛合金的组织和性能的影响规律.结果表明,随着锻造温度的增加,TC11钛合金中α形态从等轴状过渡到短条状,其抗拉强度和屈服强度随锻造温度的增加而上升,断面收缩率和伸长率逐渐下降;而断裂韧性随锻造温度的增加而提高.     

电流对TC4钛合金高温压缩变形显微组织的影响

为研究电场作用下升温速度对TC4钛合金高温压缩变形显微组织的影响,利用Gleeble-1500D热-力学模拟机对原始晶粒尺寸为8和20μm的TC4钛合金小圆柱体试样,分别以不同的升温速度加热至700℃进行了压缩实验。结果表明:电流作用下的高温压缩变形后,8μm的TC4钛合金晶粒更细小,等轴性较变形前好;等轴α相增多,片层β相减少;等轴α相和片层β相的分布更均匀。20μm的TC4钛合金在大电流和小电流作用下α相和β相中都出现了蜂窝状结构,且小电流作用下的蜂窝状结构比大电流作用下的蜂窝状结构明显。同等晶粒度下,电流越大,微观组织越均匀、晶粒越细小,等轴性越好。     

TC17钛合金高温变形行为研究

采用Gleeble 3500D热模拟试验机对TC17钛合金进行了高温压缩试验。其变形温度为973～1223 K,应变速率为0.001～10 s~(-1),应变0.9。结果表明:TC17钛合金高温流变应力对应变速率和变形温度非常敏感。在温度为1123,1183和1223 K,应变速率为10 s~(-1)时,TC17钛合金的流动应力出现了明显的应力不连续屈服现象。利用Zener-Holloman参数建立了TC17钛合金的高温本构方程,与试验结果对比表明:该方程可以准确地描述TC17钛合金的的高温流动行为。基于动态模型,建立了TC17钛合金的热加工图,并结合微观组织分析验证了加工图的准确性。