TA15钛合金大型复杂整体构件预锻成形微观组织演化研究

基于DEFORM-3D有限元平台建立了TA15钛合金大型复杂整体构件预锻成形过程的有限元模型,研究了成形参数对预锻成形过程中变形体组织演化和等轴α相晶粒尺寸的影响规律。结果表明:随着变形的进行,等轴α相晶粒发生细化;在950～980℃范围内变形时,随着变形温度的升高,初生α相晶粒尺寸逐渐增大,在980℃条件下变形时,预锻件整体范围内晶粒尺寸波动较大;随着变形速率的增加,初生α相晶粒尺寸减小;在0.5和1.0mm/s条件下成形时,温度对晶粒尺寸影响比较小,而在0.1mm/s条件下变形时,随着温度的升高,晶粒长大比较严重;随摩擦因子的增大,平均晶粒尺寸有所减小,整个锻件晶粒尺寸分布的不均匀性增加。     

基于Pro/ENGINEER二次开发的筋板类锻件预成形设计

提出一种高筋薄壁类航空锻件预锻成形设计新方法,建立了典型的H型预锻截面数学模型,在Pro/EN-GINEER平台上二次开发了界面友好的预成形设计软件,应用DEFORM-3D有限元软件模拟典型结构件预锻及终锻过程,研究了预成形设计对模锻件变形均匀性及成形载荷的影响。结果表明,预成形设计能使锻件金属流动更加合理,锻件内部的变形更加均匀,同时能降低锻造过程的成形载荷。     

TA11钛合金叶片预锻过程三维热力耦合数值模拟

运用大型工程软件UG作为几何建模工具,设计并创建了预锻模具。针对不同的预成形毛坯,分析其形状、尺寸对成形效果的影响;讨论了成形过程中的充不满问题,为获得合格的叶片精锻件提供了合理的毛坯形状。采用有限元分析模拟软件Deform对叶片预锻成形工艺过程进行了热力耦合数值模拟研究。研究表明:随着摩擦系数的增大,材料流动性越差,塑性变形抗力加大,且摩擦热增加,温度的最高值升高,所以选用较小的摩擦系数0.1时更合理。通过将模拟结果和实际应用结果进行对比分析,得出模拟过程与实际生产过程相一致,从而说明模拟结果具有一定的合理性和实用性。     

基于CAE的汽车铝合金控制臂锻造成形工艺

以某汽车右上控制臂为研究对象,选用6082铝合金为锻造材料,分析了产品的结构特点及成形难点,确定了其成形工艺为两道次辊锻、两工位弯曲、预锻和终锻。根据锻模设计理论,采用Solidworks软件设计各道次模具,并通过Deform软件对6082铝合金控制臂成形过程进行模拟,从温度分布、等效应力应变以及金属流动等角度分析了各工序的成形情况。针对成形方案中变形程度最大的预锻工序,采用控制单一变量的方法,分析了坯料始锻温度及摩擦因数对预锻成形的影响。结果表明：预锻时,随着始锻温度的增加,平均等效应力减小,始锻温度在450～490℃时更合理;改善润滑,减小摩擦因数使得模具载荷降低,锻件的最大等效应变减小,有利于成形且提升模具寿命。最后,基于模拟结果结合实际生产进行了试验,得到了与模拟结果相吻合的成形锻件。     

工艺参数对钛合金叶片精锻中微观组织的影响

以叶片中的一类重要叶片——钛合金单榫头叶片为研究对象，利用自主开发的并经实验验证的叶片精锻三维有限元变形．传热一微观组织演变耦合模拟系统对其精锻过程进行了模拟，研究了不同工艺参数下叶身典型截面锻后微观组织的分布规律。结果表明：随着变形温度的升高，晶粒尺寸和β相体积分数增大；随着变形速度的增大，晶粒尺寸和β相体积分数相应增大；随着模具温度的升高，晶粒尺寸分布的均匀性提高：而摩擦条件对晶粒尺寸和β相体积分数的影响不显著。     

GH4169合金叶片制坯成形工艺数值模拟优化

基于塑性有限元原理,应用Deform数值模拟平台,通过变形温度、压下量对挤杆成形及变形速度、摩擦条件对镦头成形的各场量进行深入研究,全面揭示了GH4169合金叶片制坯过程成形规律,并对其工艺参数进行优化.结果表明:适当的提升锻造温度有利于挤杆锻后温度的平稳分布;变形温度的增大使杆部各区域金属流动速度差异逐渐缩小,挤杆为...     

石油管道阀体大锻件晶粒尺寸的数值模拟及实验研究

通过DEFORM-3D三维模拟软件,模拟了石油管道阀体大锻件锤上热模锻成形过程。利用相应的微观组织模型,分析了不同始锻温度对阀体锻件晶粒尺寸的影响,并探讨了阀体锻件成形的晶粒细化机理,同时对晶粒尺寸进行了预测。模拟结果表明:始锻温度为1150和1200℃的阀体大锻件的晶粒细化程度要优于始锻温度为1100℃的阀体大锻件的晶粒细化程度;当初始锻造温度为1150℃时,晶粒细化效果最好,整体锻件平均晶粒尺寸为46.2μm;当初始锻造温度为1200℃时,锻件晶粒发生局部粗化的现象。经生产验证:通过改进始锻温度参数,可以实现晶粒进一步的细化,从而使得产品的机械性能及使用性能提高。     

预制坯对航空类铝合金H型锻件截面组织流线的影响

针对航空类铝合金H型锻件成形过程出现的穿流、变形不均匀等缺陷,以Deform软件为平台,研究不同筋部高宽比预制坯对铝合金H型锻件成形过程中金属流线及晶粒尺寸的影响。研究结果表明,预制坯高宽比越小,锻件出现穿流缺陷越严重;预制坯高宽比越大,锻件出现穿流的几率越小,但锻件截面晶粒尺寸分布越不均匀。     

GH4169合金叶片终锻成形宏观场量规律数值模拟

通过有限元数值模拟,采用选取GH4169合金叶片终锻件上典型截面及追踪预锻件上特征点在整个终锻成形过程中金属流动特点及变化趋势的研究方法,从而较深入全面的揭示了不同工艺参数下叶片终锻成形演化规律.研究结果显示:等效应变及应力场的分布均随着始锻温度的升高而愈均匀;等效应力场、温度场及载荷—行程曲线对于上模下压速度敏感性较...     

某重卡前轴成形辊锻质量因素分析

运用Deform软件初步建立了某重卡前轴成形辊锻工艺的有限元分析模型,通过比较模拟仿真与最初辊锻工艺生产出的锻件,以第二道次为例,研究了辊锻摩擦因子、温度、辊锻速度三个工艺参数对辊锻件长度和最大成形载荷的影响。据此对初始的有限元模型进行了优化,根据优化后的仿真结果对辊锻模进行了重新设计,生产出锻件尺寸合格,与模拟结果完全吻合     

锻造工艺参数对TC4钛合金锻件残余应力的影响

针对非等温锻造时TC4钛合金锻件极易产生较大残余应力的问题,依据物理实验,建立并调控仿真模型,通过数值模拟的方法,对不同锻造工艺参数下的TC4钛合金锻件的残余应力进行分析。研究了变形温度、变形程度以及变形速度3个关键参量对TC4钛合金锻件残余应力的影响,揭示了残余应力的变化以及分布规律。结果表明:TC4钛合金锻件的径向残余应力关于中心轴线呈对称分布,但分布不均匀,从外表层至心部,残余应力由拉应力转化为压应力,在中心处应力较为集中;而TC4钛合金锻件的轴向残余应力从上表面到下表面分布较为均匀,且明显小于径向残余应力;关键参量中的变形温度和变形程度对TC4钛合金锻件残余应力的影响较为显著,而变形速度的影响较小,适当提高变形温度和变形速度、减小变形程度,可降低TC4钛合金锻件的残余应力。     

有限元模拟TC16合金镦制六角螺栓的头部变形行为

TC16钛合金具有良好的力学性能和冷成形性能,在航空航天领域中广泛应用于制作紧固件。为研究TC16钛合金镦制六角头螺栓的变形行为,本文采用MSC.Marc有限元模拟软件,模拟了不同变形条件下TC16钛合金丝材镦制六角头螺栓时的头部变形行为。研究结果表明,摩擦系数对变形程度分布和变形温度分布的影响较大;变形初始温度对变形程度分布的影响较小,但对因材料变形导致的热温升影响较大。摩擦系数较小容易充不满,摩擦系数较大容易产生飞边。摩擦系数为0.1时,有利于六角头的成型,得到的产品形状较好。将模拟结果与实况条件下镦制的六角头螺栓变形结果进行了对比,发现两者之间可以较好地吻合。     

TC6热加工过程中微观组织演化模型的建立

通过Gleeble-3500热模拟实验机得出TC6钛合金在变形温度为860~950℃,应变速率为0.01~50 s-1,变形程度分别为30%和50%时的应力-应变曲线。通过金相实验研究了TC6在实验条件下微观组织的演变规律,并建立了TC6在(α+β)两相区塑性变形过程中α相的动态再结晶模型。结果表明:TC6钛合金在低应变速率下变形时,动态回复过程相对增强,动态再结晶受到抑制;相同温度、不同应变速率下的微观组织形貌基本相同,但是随着应变速率的增加再结晶程度增大,组织细化。模型平均误差小于13%,可以满足预测需要。     

变形工艺对TC11钛合金超塑性的影响

为了研究TC11(Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)钛合金的超塑性变形行为,采用两种改锻工艺细化坯料原始组织,然后在电子拉伸试验机上分别以恒速、恒应变速率和最大m值法进行拉伸实验.结果表明,TC11钛合金在α+β区通过三维镦拔改锻工艺,可以获得晶粒度为6μm的细晶等轴组织,而在β区拔长改锻的组织为粗大的魏氏组织.在变形温度为900℃的条件下,TC11钛合金通过最大m值超塑变形方式获得了异常高的超塑性,最大伸长率达到2300%;而采用常规的恒应变速率和恒速超塑变形,伸长率分别为1147%和1100%.说明TC11钛合金在α+β区通过三维镦拔改锻细化晶粒后,以最大m值超塑变形是获得较好超塑性的有效方法.     

细晶TC4钛合金的动态再结晶行为及数值模拟

采用实验和有限元模拟相结合的方法,研究了经连续变断面循环挤压制备的细晶TC4钛合金热加工过程中的动态再结晶（DRX）行为。通过实验得到的真应力-应变曲线,建立了细晶TC4钛合金的临界应变模型和DRX动力学模型,并基于所建立的DRX模型,采用DEFORM-3D软件对其热压缩过程进行了模拟。结果表明:热压缩工艺参数对细晶TC4合金的DRX行为有显著影响;随着变形温度的升高和应变速率的降低,动态再结晶的体积分数（XDRX）及其晶粒尺寸均增大;随着应变的增大,变形区的等效应变和区域范围均增大;合金变形时,XDRX的实验值与其模拟值的相关性为0.9762,表明所建立的模型具有较高的精度。     

钛合金线性摩擦焊接头形成机制

采用扫描电镜和透射电镜研究TC11同种及TC11与TC17异种钛合金接头微观组织,以探明线性摩擦焊接头形成机制.结果表明,同种钛合金线性摩擦焊接头形成过程与异种钛合金明显不同,这主要是由于二者产热行为不同所致.同种钛合金焊接时,刚开始阶段是以摩擦产热为主,界面形成金属键连接后界面金属的变形产热将占主导.异种钛合金焊接时,刚开始阶段也是以摩擦产热为主,而当界面形成金属键连接后TC11一侧金属的变形产热将是接头热输入的主要来源.随着热量向TC17一侧金属的传导,TC17将发生大变形,接头热输入以TC11与TC17的共同变形产热为主.     

TC17合金整体叶盘等温锻造过程数值模拟及工艺参数影响

采用二维有限元模拟软件Deform-2D对TC17钛合金整体叶盘锻件的等温β模锻过程进行数值模拟,分析了整体叶盘不同部位的应变场。根据有限元模拟结果对TC17钛合金整体叶盘锻件的荒坯尺寸及工艺参数进行优化,并进行了TC17钛合金等温锻造成形工艺试验。试验结果表明,等温β模锻工艺可使TC17钛合金组织中粗大原始β相晶粒得到充分的形变,晶界析出弯曲、断续的细小α相,晶内析出交错、细小的次生α相,呈现理想的网篮组织;当应变达到0.75时,可使得整体叶盘锻件的强度、塑性及断裂韧性实现理想匹配。     

高频率Nd∶YLF平顶激光冲击对TC6钛合金表面应力及微变形的影响

为了研究高频率条件下激光冲击强化对TC6钛合金表面应力和变形的影响规律,采用Nd∶YLF平顶激光在10 Hz重复频率条件下对TC6钛合金试样进行了激光冲击强化试验,并分析了激光能量和冲击次数对试样表面残余应力和表面变形的影响。采用XL-640型X射线应力测定仪测量冲击前后TC6钛合金试样表面残余应力,利用Contour GT-X3型白光干涉仪测量试样的三维形貌和表面粗糙度。结果表明,对于Nd∶YLF平顶激光冲击强化,应优选30%的光斑搭接率,50%搭接率易引起试样表面烧蚀;随着激光能量和冲击次数的增加,试样表面残余应力、表面变形及表面粗糙度都有所增加;对于单光斑非搭接区域,试样表面变形的变化梯度较为平缓,光斑搭接区域,试样表面变形近似呈现“V”形变化。此研究为Nd∶YLF平顶激光冲击强化在钛合金材料上的应用提供了一定的技术参考。     

航空发动机叶片 TiN / Ti 涂层基体冲蚀响应数值模拟

目的研究Ti N/Ti涂层结构变化对TC4钛合金基体冲击塑性应变的影响。方法采用有限元分析软件ABAQUS建立球形Al2O3颗粒冲击覆有Ti N/Ti涂层TC4基体的二维轴对称模型,分析涂层硬质层厚度、硬质层层数对基体在冲击过程中的等效塑性应变的影响规律。结果对于无涂层的基体,其冲击塑性应变仅发生在冲击的加载阶段,冲击塑性应变分为加载及卸载两个阶段,加载阶段基体的塑性应变由球形颗粒的冲击产生,卸载阶段基体的塑性应变由涂层硬质层的回弹产生。对于单层结构涂层,当硬质层厚度低于12μm时,随着硬质层厚度的增加,基体的塑性应变较大且呈振荡变化;当硬质层厚度超过12μm时,随着硬质层厚度的增加,基体的塑性应变减小。对于多层结构涂层,当硬质层的厚度不变,增加涂层硬质层层数使得基体的塑性应变减小。结论有限元可以模拟分析Ti N/Ti涂层结构对TC4钛合金冲蚀性能影响规律,优化Ti N/Ti抗冲蚀涂层的结构设计参数,对抗冲蚀涂层的结构设计及其进一步研究具有指导意义。     

TC11钛合金热变形本构方程的建立

利用Gleeble-1500D热模拟试验机,在变形温度为960~1050℃,应变速率为0.01~10s-1范围内对TC11钛合金进行等温恒应变速率压缩实验。通过真应力-真应变曲线,分析了变形温度和应变速率对流变应力的影响规律,并在Arrhenius双曲正弦型方程的基础上建立了适用于TC11钛合金热变形的本构方程。误差分析表明所建立的本构方程与实验值吻合较好,为制定TC11钛合金锻造工艺提供了理论依据。