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钛合金叶轮等温锻造过程三维有限元模拟

设计了不同的TC11钛合金叶轮精密成形方案及模具装置,采用三维有限元程序DEFORM-3D对叶轮的等温成形过程进行数值模拟,研究了成形方案、模具结构和坯料形状等因素对成形过程中金属流动规律的影响,给出了不同压下量下锻件内部应力、应变分布情况及不同方案下载荷比较.研究结果表明:采用等温成形技术可整体精密成形出带径向扭曲叶片的叶轮类锻件;采用较细的圆柱形坯料成形可有效地提高金属充填模腔的能力并降低成形所需载荷.模拟结果与实验相符,可有效指导实际生产工艺的制定.     

β热模锻TC17钛合金整体叶盘的显微组织与力学性能

采用β热模锻工艺生产了某型号航空发动机压气机用TC17钛合金整体叶盘,分析了整体叶盘的显微组织并测试了力学性能。结果表明,β热模锻工艺生产的整体叶盘具有典型的网篮组织,原始β晶粒沿变形方向拉长,无明显再结晶;晶界α相呈弯折断续分布,晶内针状α相呈网篮状编织。这种网篮组织的TC17钛合金β锻造整体叶盘具有较优的综合力学性能,室温拉伸、高温拉伸、蠕变、断裂韧性和高周疲劳性能均符合设计要求,且有较大的富裕量。     

TC4马蹄形接头等温锻造成形工艺数值模拟研究

借助于数值模拟技术研究了TC4马蹄形接头等温锻造成形过程,分析了马蹄形接头成形过程中金属流动特点和凸模载荷随时间变化的特点。结果表明:马蹄形接头A部位先于B部位成形。金属以反向流动为主成形A部位时,凸模载荷增加缓慢;以正向流动为主成形B部位时,凸模载荷迅速增加至峰值,并发生波动。整个成形过程中金属流动顺利,未预测到成形缺陷,工艺可行。     

TC17钛合金β锻造工艺对显微组织的影响

本文通过Φ100×150mm圆柱镦粗试验研究了TC17钛合金β锻造工艺对微观组织形貌的影响。结果表明：变形量和下压速率对显微组织有显著的影响。当变形速率较低时,晶界α相容易被破碎,变形量越大,被破碎越严重,越容易被球化。当变形速率较高时,β晶粒容易发生动态再结晶,变形量越大,再结晶体积分数越高。采用Image Pro Plus对球化率和再结晶体积分数进行了统计。结果表明晶界α相的球化条件对变形量和下压速率均较为苛刻,仅在变形量为80%,变形速率为0.1mm/s时发生了大量晶界α相球化。此外,相比变形量,β再结晶数量对变形速率更加敏感。     

TC6合金等温锻造过程中晶粒尺寸的数值模拟

通过引入一个与微观组织相关的函数对稳态流动应力模型进行修正,建立了金属材料高温变形时的稳态流动应力模型.并将该耦合微观组织参数的流动应力模型写入有限元程序中,模拟了TC6合金叶片在等温锻造过程中初生α相晶粒尺寸的变化.研究了变形工艺参数(压下量,变形温度,变形速度和摩擦因子)对零件内部初生α相晶粒尺寸的影响.     

β锻造工艺对TC17钛合金显微组织的影响

通过对Φ100 mm×150 mm TC17钛合金棒材进行镦粗试验,研究了β锻造工艺对其微观组织形貌的影响。结果表明:变形量和变形速率对TC17钛合金显微组织有显著的影响。当变形速率为0.1 mm/s时,晶界α相容易被破碎,变形量越大,破碎越严重,且越容易球化,80%变形量时α相的球化率达到80%。当变形速率为2 mm/s时,β晶粒容易发生动态再结晶,变形量越大,再结晶体积分数越高,80%变形量时β相的再结晶体积分数为50%。晶界α相发生球化对变形量和变形速率均较为苛刻,仅在变形量为80%、变形速率为0.1 mm/s时大量晶界α相发生了球化。此外,相比变形量,β再结晶数量对变形速率更加敏感。     

等温锻造温度对TC18钛合金组织性能的影响

研究了TC18钛合金在5.5×10-4s-1恒应变速率下、60%大变形等温锻造时,温度变化对合金组织和性能的影响.结果表明:显微组织对温度变化敏感,在两相区锻造时,显微组织由初生α相和β转变组织组成,随着锻造温度的升高,初生α相的含量逐渐减少,尺寸增大,等轴化程度增加;在相变点以上锻造时为魏氏组织.室温和高温拉伸强度随锻造温度的升高不断增加,拉伸塑性不断降低,室温冲击韧性也呈下降趋势.在860℃等温锻造时,显微组织为双态组织,强度和塑性达到最佳配合,获得良好的综合力学性能.860℃为较佳等温锻造温度.     

TC18钛合金盘件等温模锻过程有限元模拟及试验

通过热模拟试验建立TC18合金的Arrhenius型本构关系,采用有限元模拟方法系统研究变形温度、变形速率和摩擦因数等因素对TC18缩比盘件等温模锻过程的影响,从而得到该合金较合理的模锻工艺条件,并用于指导具体试验。结果表明:变形温度840℃、变形速率0.1 mm/s、摩擦因数0.03为该合金较合理的等温模锻变形条件;在有限元模拟工艺的指导下成功锻造出该合金盘件,并验证有限元模拟结果的正确性;同时,为其他钛合金复杂件的等温模锻工艺提供数值依据与技术指导。     

等温锻造温度对TC6钛合金组织和性能的影响

研究了TC6钛合金在1×10-2s-1恒应变速率、60%大变形、不同温度等温变形时,温度变化对合金组织、室温拉伸和450℃时拉伸性能的影响.结果表明,随等温变形温度的升高,初生α相含量减少,但直径增大,等轴程度增加;925、940℃等温变形热处理后形成等轴组织,955℃等温变形热处理后形成双态组织,985℃等温变形热处理后形成魏氏组织;940℃变形试样的室温拉伸强度最好,而955℃变形试样的室温拉伸塑性最好.综合分析可知,TC6合金在940～955℃能获得较好的强度、塑性匹配.     

TC6合金叶片预锻过程中微观组织的数值模拟

根据实验数据建立了TC6钛合金的动态再结晶模型,并对大型模拟软件Deform进行了二次开发,使其具有微观组织预测功能。通过对圆柱体的镦粗模拟验证了Deform软件二次开发后的的可靠性。采用二次开发后的软件,对叶片的预锻成形过程进行了数值模拟,分析了不同变形温度和变形速度对叶片预锻成形时晶粒尺寸及分布的影响。模拟结果表明,随着变形温度的升高,锻件主要变形区的平均晶粒尺寸略有增大,晶粒间晶粒尺寸的差别缩小,晶粒分布比较均匀;随着变形速度的增大,平均晶粒尺寸的分布越来越不均匀。因此,在合适的变形温度及变形速度下能够使锻件获得良好的综合机械性能。     

Numerical simulation on forging process of TC4 alloy mounting parts

1Introduction The TC4alloy mounting part is an important part of aeronautic engine.Currently,these mounting parts are mainly manufactured by metal cutting,which is expensive and requires a lot of manufacturing time.Furthermore,in this way the forging flow…     

损伤容限型钛合金的等温锻造温度研究

研究了TC21钛合金在5.5×10-4s-1恒应变速率、40%变形程度条件下,等温锻造温度变化对锻件组织和性能的影响。结果表明:TC21钛合金显微组织对温度变化敏感,在两相区锻造时,显微组织由初生α相和β转变组织组成,并且随着变形温度的提高,初生等轴α相的含量逐渐减少,晶粒尺寸增大;在相变点温度锻造时得到网篮组织;在相变点以上温度锻造时得到片状组织。室温拉伸强度和断裂韧性随锻造温度的升高呈现增加趋势,室温拉伸塑性明显降低。在965℃等温锻造时,显微组织为较细的片状组织,强度、塑性和断裂韧性达到较佳匹配,获得较好的综合力学性能。965℃为较佳等温锻造温度。     

5A06铝合金复杂盒形件等温锻造工艺研究

针对5A06铝合金复杂盒型件,利用有限元分析软件Deform,确定了先预成形后终成形的等温锻造成形工艺方案。并通过逆向补偿方法设计了预成形及终成形模具。在20 MN锻压机上,先将铝合金板材预锻成预制坯,然后再等温终锻。等温锻造工艺中,模具温度为(450±10)℃,5A06铝合金预制坯温度为(465±10)℃,成形时最大挤压力为14000 k N。等温锻造试验表明;Deform有限元分析对等温锻造成形工艺研究具有较强的指导意义,采用先预成形后终锻成形工艺能大大提高锻件成形质量;此外,5A06铝合金等温锻造盒型件相较于机械加工盒型件,抗拉强度Rm提高到350 MPa,伸长率A提高到25%。     

TC17钛合金加热过程中的有限元模型

本文采用深埋热电偶动态测量坯料温度变化并耦合有限元模拟建立了TC17钛合金的加热模型,对其升温过程进行了模拟。结果表明：总换热系数由辐射换热系数和对流换热系数组成,可通过数学运算获得,其数值与坯料温度有关,随坯料温度增加,总换热系数呈增大趋势。通过对Ф500×500mm规格坯料的升温过程进行有限元模拟,获得坯料心部和半径处的温升曲线,经过与热电偶测得的实际温升曲线对比,模拟曲线与实测曲线有较高的吻合度,坯料心部和半径处到温时间分别为196min和166min。采用小尺寸试样进行β单相区加热试验,通过大尺寸坯料β晶粒尺寸的比较,验证了有限元模型的准确性。     

TC4钛合金锻件锻造过程三维热力耦合有限元模拟

某钛合金零件是应用于航空工业的重要部件,在锻造过程中由于锻件头部变形较大,整体变形不均匀,如果模具尺寸设计不当,很容易引起锻造缺陷的产生.针对以上情况,本文建立了该钛合金锻件锻造过程的三维热力耦合有限元模型,利用刚粘塑性有限元法,对锻件的变形情况进行了数值模拟,得到了变形过程中锻件的充型情况以及温度场和应力场的场量分布,并对锻造缺陷的成因进行了分析.数值模拟与锻造试验吻合较好,为生产工艺的制定提供了有效的参考.     

基于多场耦合分析的TC4叶片精锻成形的微观组织模拟

针对TC4钛合金叶片精锻过程,运用三维刚粘塑性有限元模拟方法,采用能反映微观组织演变对材料流动应力影响的本构关系和Yada形式的微观组织预测模型,实现了TC4叶片精锻过程的有限元变形-传热-微观组织演变耦合分析,模拟预测了叶片精锻成形的微观组织,获得了叶片精锻成形的晶粒尺寸和体积分数的分布规律,并分析了变形温度对晶粒尺寸和体积分数的影响,为合理确定叶片精锻工艺和控制叶片质量提供了一定的依据。     

基于数值模拟的TC4钛合金航空叶片精锻过程的金属流动规律

利用Simufact. Forming软件对TC4钛合金叶片的精锻过程进行了数值模拟研究,分析了叶片成形后其等效应力场、等效应变场、温度场的分布情况,研究了不同坯料温度、模具温度、上模速度、摩擦系数等工艺参数对叶片表层金属流动的影响。研究结果表明:叶片周围的毛边区域等效应力较小、等效应变较大、温度较高;最大等效应力点易出现在靠近叶尖的叶身头部、榫头与叶身的连接处、榫头头部及尾部区域;榫头区域的等效应变和温度最低,叶身中部区域的等效应变和温度较高;叶片各区域的Z方向速度方向一致,而叶尖与叶身中部之间区域的X、Y方向速度则出现正、反两个方向的变化,易导致折叠缺陷。叶片榫头区域的金属流动速度受工艺参数影响较小,其流动速度较为缓慢,接近于0;而叶身与榫头连接处附近区域的金属流动速度受工艺参数影响较大,提高坯料温度、上模速度、摩擦系数,都可使其金属流动速度增大,而模具温度的升高则会导致金属流动速度的减小。     

锻造方式对TC4钛合金小规格板材制备的影响

TC4钛合金小规格板材生产一般采用铸锭镦拔锻造、板坯加热轧制的加工方式进行,对于小规格板材通常锻造时采用镦拔锻造的方式来进行,但组织性能并不能达到相对最优的状态.通过关键过程交叉对比的方式,采用普通自由锻造和镦拔锻造两种加工方式生产出相同尺寸的板坯,再使用相同的轧制工艺进行对比生产,所有的生产环节保持一致性,目的在于探...