基于J-C模型的TC18钛合金动态本构方程构建

采用电子万能试验机对TC18钛合金进行常温准静态压缩实验,得到该合金在准静态下的实验数据,根据实验数据,选用分离式Hopkinson压杆对TC18钛合金在温度分别为298、523、773、1 023 K,应变率分别为500、1 000、1 500 s~(-1)下进行动态力学性能实验,从而获得TC18钛合金在高温动态压缩条件下的应力-应变曲线,并利用J-C模型对合金在高应变率下的动态塑性本构关系进行拟合,最终建立该合金在高温下的动态塑性本构方程。通过对模型的计算结果分析表明,该模型可以较好地预测TC18钛合金在高温与冲击载荷共同作用下的塑性流变应力。     

冲击载荷下TC18钛合金力学性能模拟研究

TC18钛合金在退火状态下的屈服强度非常高,进行动态力学性能测试存在一定困难,可优先考虑采用数值模拟方法对其动态力学性能进行研究,而数值模拟结果的精确性主要取决于合金本构方程的精确性。为了减少数值模拟与实验结果之间的差异,在Johnson-Cook模型的基础上做了调整,利用ABAQUS软件的子程序接口自定义了材料本构子程序UMAT,以代码的形式来扩展ABAQUS程序的功能。通过与ABAQUS/Standard软件分析结果以及实验结果的对比,验证了自定义材料本构子程序UMAT计算结果的精确性与可靠性。该研究可为TC18钛合金的结构设计提供参考。     

TC18合金热压缩变形行为研究

本文利用热压缩法研究了TC18合金的热变形行为,并计算了合金在α+β两相区和β单相区变形激活能,得到了相应的流变应力本构方程。研究结果表明,TC18钛合金在α+β双相区变形时,在较低温度和较高应变速率条件下流变曲线呈现典型的单一峰值的再结晶,并且随变形温度的提高,出现多峰值的再结晶的特征;TC18钛合金在β单相区变形时,流变曲线出现了较长的平缓阶段,而后在较大应变时出现了标志再结晶的峰值应力;经计算得到TC18钛合金β单相区的变形激活能为260.84kJ/mol,α+β双相区的应变激活能336.356kJ/mol。经过拟合得到了TC18钛合金在α+β双相区和β单相区变形的流变应力本构方程。     

TC4钛合金三种动态本构模型的对比分析

为研究风扇/压气机叶片在外来物体冲击载荷下的动态响应,需要建立叶片材料的动态本构模型。风扇/压气机叶片广泛采用TC4钛合金制造,研究建立TC4钛合金的动态本构模型具有重要的工程意义。南京航空航天大学胡绪腾等人基于TC4钛合金的应变率和温度相关单轴应力-应变曲线试验数据,优     

冷热循环处理对TC18钛合金力学性能和尺寸稳定性的影响

利用冷热循环处理装置对TC18钛合金锻件进行了冷热循环处理工艺实验,并研究了冷热循环处理对该合金力学性能和尺寸稳定性的影响。结果表明,冷热循环处理对TC18钛合金的强度、塑性、断裂韧性及硬度等力学性能影响不大,但对尺寸稳定性具有显著影响;深冷处理温度过低对合金尺寸稳定性不利。从提高尺寸稳定性方面考虑,冷热循环处理工艺应以深冷温度-120℃、保温时间24 h、循环处理次数3次为宜,此时圆环开口尺寸变化率与未冷热循环处理相比降低了13.6%。     

钛合金动态本构关系的研究及应用

经典的Johnson-Cook本构模型不能很好地描述钛合金在高应变率下的力学性能。作者引入S型曲线定量描述β与ε·之间的关系,对经典Johnson-Cook本构模型进行了修正,并采用遗传算法快速确定本构关系中的各个待定参数。最后以Ti-6Al-4V合金为例,采用应力增量法作出不同应变率、不同温度下的真应力-真应变曲线。数值模拟结果与文献[7]中的实验数据吻合得很好,表明修正的Johnson-Cook模型能够很好地描述Ti-6Al-4V合金在任意应变率、任意温度下的力学行为,这对预测材料在高应变率和高温下的力学行为具有重要工程意义。     

热强钛合金BT25组织与性能

介绍了前苏联航空发动机用热强钛合金（或高温钛合金）BT25的发展概况，并对BT25合金的成分特点、热处理强化优点等做了进一步阐述，给出了退火状态下的物理性能，在说明热强钛合金微观组织与力学性能关系的基础上给出了BT25合金的各种力学性能。     

基于神经网络的BT20钛合金本构关系模型

在Thermecmastor-Z型热模拟试验机上对BT20钛合金进行了变形温度800～1 100℃及应变速率0.001～70 s-1的热模拟压缩实验。以实验数据为基础,运用BP神经网络算法原理,建立了BT20钛合金在高温变形条件下的应力与应变、应变速率和变形温度关系的预测模型,并对模型的泛化能力进行了误差评价。结果表明:通过BP神经网络建立的合金本构关系模型具有较高的预测精度,预测结果的相对误差均在3%以内,能很好地满足实际应用的需求。此外,该模型能够客观、真实地描述BT20钛合金的高温动态变形行为,为材料高温本构关系模型的建立提供了快捷、有效的工具。     

Ti-5553合金车削加工性能研究

Ti-5553(Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-0.5Fe)合金具有优异的综合力学性能,正逐步替代TC4(Ti-6Al-4V)钛合金成为高强度航空用工件的制备材料。然而,由于Ti-5553合金机械加工效率低,一定程度上制约了其在航空领域的大规模应用。为此,对Ti-5553合金与TC4钛合金的车削加工性能参数进行了探索,发现在相同的切削速度下,Ti-5553合金的主切削力和吃刀抗力均高于TC4钛合金,且最高切削速度仅为50 m/min。此外,两种合金在切削过程中均会与车刀发生扩散反应,而Ti-5553合金对刀具的磨损更为严重。相信本研究将为后期优化Ti-5553合金的车削加工参数、提高其加工效率提供有利的实验数据支持。     

锻造变形量对TC4-DT钛合金锻件组织与力学性能的影响

TC4-DT钛合金是一种高强高韧损伤容限型钛合金,常被用于新型飞机制造中,而变形量会对该合金的组织产生重要影响,并最终决定其力学性能。为此,本实验以300 mm×180 mm的TC4-DT钛合金棒材为原料,进行3种不同变形量的锻造变形,研究锻造变形量对锻件组织和力学性能的影响。结果表明:变形量太大或太小均会引起锻件内部显微组织不均匀,同时引起锻件不同部位力学性能存在较大的偏差,经综合分析确定TC4-DT钛合金合理的锻造变形量为35%左右。     

固溶和时效温度对铸态TC18合金组织性能的影响

钛合金具有相变复杂性以及相变敏感性,制备状态下的高强钛合金其显微组织及力学性能与对应的固溶-时效工艺直接相关。该研究对名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe的TC18钛合金进行固溶-时效处理,对比研究不同固溶温度以及时效温度对其显微组织及力学性能的影响。结果表明,固溶-时效热处理对合金性能提升效果显著,固溶处理使合金基体中残存的初生α相粗化,其他区域形成过饱和固溶体,在接下来的时效过程中,β基体析出细小针状次生α相。在两种α相的配合影响下,合金整体强度提升明显。     

Ti-22Al-15Nb合金的力学性能及破坏机理研究

研究了名义成分为Ti-22Al-15Nb的Ti-Al系合金的微观组织和力学性能,以及在准静态和动态加载条件下的变形行为,并对其破坏机理进行了分析。微观组织研究表明,Ti-22Al-15Nb合金铸态组织为等轴晶,晶内主要由α2-Ti3Al相和B2-Ti2AlNb相组成,具有随机取向的片状α2相均匀分布在B2基相上。力学性能研究表明,合金在动态加载条件下表现出较优异的性能,其屈服强度为1 100 MPa,抗压强度为1 750 MPa,且在动态加载下具有更好的塑性。破坏机理分析表明,在准静态加载条件下,合金试样发生剪切破坏,微裂纹首先在α2相及α2相与B2相的相界处萌生,在最大剪应力方向上扩展形成主裂纹,最终导致合金试样破坏;在动态加载条件下,合金的破坏方式为绝热剪切破坏,即在与加载轴呈45°角的方向上形成绝热剪切带,随着应变的增大,裂纹在剪切带中萌生并扩展,最终破坏合金试样。     

TC4-DT钛合金热变形机制及加工图

用Gleeble-1500型热模拟机研究TC4-DT钛合金在850~1 100℃、应变速率0.001~10 s-1、变形量70%条件下的高温压缩热变形行为,分析了该合金的流变应力行为以及显微组织演变规律,建立了该合金的本构关系模型以及热加工图。研究结果表明,TC4-DT钛合金在两相区和β相区的热变形激活能分别为544.03 k J·mol-1和264.32 k J·mol-1,分别大于纯α相和纯β相的自扩散激活能,表明TC4-DT钛合金热变形由高温扩散以外的过程控制。在两相区热变形时,原始组织发生了不同程度的球化,且变形温度越低球化效果越好。在β相区热变形时,低应变速率下(0.001~0.1 s-1)主要发生动态再结晶,而高应变速率(1~10 s-1)下主要发生动态回复,动态再结晶行为受到抑制。TC4-DT钛合金的失稳区主要分布在低温高应变速率区域,变形温度主要在850~940℃,应变速率主要在0.1~10 s-1,功率耗散率η值小于28%。     

片层组织TC17钛合金高温变形行为研究

通过热压缩试验研究了具有初始片层组织的TC17钛合金在780~860℃和应变速率0.001~10 s-1范围内的热变形行为和组织演变。分析了该合金在两相区变形的应力-应变曲线特征,其流变应力本构关系可以用双曲正弦方程和Zener-Hollomon参数描述,得到TC17合金在两相区变形的平均激活能为488.86 kJ.mol-1。显微组织分析发现:TC17合金在两相区变形时组织演变的主要特征是片层组织球化;热变形参数严重影响片层组织球化过程的进行,加大变形量、降低应变速率以及提高变形温度可以提高片状组织的动态球化程度。     

高钨钽合金的动态力学性能研究现状

针对高钨含量钽合金在兵器、航空航天等领域是一种具有多种优良性能的结构材料,对高钨钽合金的抗冲击,高应变率下的动态力学性能提出了更高的要求。综述了国内近年内对Ta-10W和Ta-12W合金动态力学性能的研究成果,通过具体的研究数据论述了应变率、温度、加工状态等因素对两种合金动态力学性能的影响;JohnsonCook本构模型可以合理描述两种材料的动态力学行为,了解高钨钽合金动态研究的现状和发展趋势。     

TC11钛合金本构关系神经网络模型的建立

利用MATLAB软件建立了反映材料热变形本构关系的神经网络模型,该模型中采用遗传算法优化其权值和阈值提高了网络收敛的稳定性。并采用Themecmastor-Z型热加工模拟试验机上进行的TC11钛合金等温恒应变速率压缩试验获得的试验数据进行训练,建立了TC11钛合金热变形本构关系的BP神经网络模型,并进行了预测,预测误差小于10%。     

双相钢在不同应变速率下的力学性能研究

对目前广泛应用于汽车零件的三种双相钢DP590、DP780和DP980进行了室温条件下的准静态力学性能和动态力学性能测试。在准静态条件下,通过对不同方向的双相钢试样进行单向拉伸,研究三种双相钢的力学性能的各向异性以及三种双相钢的强度和塑形差别;在动态载荷条件下,研究双相钢的变形抗力与应变速率之间的变化关系,通过对应变速率敏感性指数分析,获得三种双相钢的应变速率敏感性大小及其与强度级别之间的关系。     

热处理工艺对紧固件用TC16钛合金棒材显微组织与力学性能的影响

本文对经VAR熔炼、锻造、热轧和冷轧等工序生产出的TC16钛合金棒材进行了热处理工艺研究。观察、分析了不同固溶温度、固溶时间和时效温度下TC16钛合金型材的金相组织,并通过室温力学性能检测,分析了不同固溶时效热处理制度对TC16钛合金型材强度和塑性的影响。通过此研究确定出了该合金最佳的固溶时效处理强化方案,从而实现强度和塑性的良好匹配。     

热处理对TC19钛合金β晶粒尺寸和拉伸性能的影响

以TC19钛合金棒材为研究对象,研究了该合金在β相区的晶粒长大特征和机制,并分析了其对拉伸性能的影响规律。结果表明,在975～1 005℃,TC19钛合金的β晶粒长大规律可用Beck方程描述,其在975、990、1 005℃的晶粒长大动力学指数分别为0.517、0.521、0.536。利用Arrhenius公式计算得到TC19钛合金β晶粒长大的表观激活能Q为226.9 kJ/mol。拉伸实验结果表明,TC19钛合金的室温强度对原始β晶粒尺寸不敏感,其断口形貌为典型的准解理断裂。     

TC9合金基体上Al—Cu—Fe—Cr准晶涂层抗氧化性能的研究

采用低压等离子喷涂的方法在TC9合金基体上制备了Al-Cu-Fe-Cr准晶涂层，涂层经750℃，220h静态氧化实验后，对其进行了微观形貌观察和显微硬度实验，以对比分析涂层的抗氧化性能。结果表明，制得的涂层致密并具有较好的抗氧化性能。