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TC4合金超塑性变形行为及其评价机制研究

作　者: 梁军辉
导　师: 王高潮
学　校: 南昌航空大学
专　业: 材料加工工程
关键词: TC4合金 超塑性镦挤 本构模型 镦挤率λ 塑性评价指标
分类号: TG146.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


近年来，随着钛合金的广泛应用，钛合金的超塑性等温锻造技术在航空宇航制造领域，特别是引擎的压气机叶片和大型航空复杂锻件的生产上展现出巨大的优势和应用前景。超塑性等温锻造技术解决了传统钛合金锻造技术上的诸如变形抗力大、易开裂、设备吨位要求高等难题。但是不同牌号的钛合金在超塑性能上存在巨大差异，这就大大限制了模具和锻件设计的余度，不利于发挥钛合金超塑性在提高材料利用率和精确成形上的巨大优势。因此研究钛合金的塑性评价机制对于指导其在工程方面的应用极具现实意义。本文以TC4钛合金为例，利用CMT4104型电子拉伸试验机和Gleeble-3500型热模拟试验机，进行高温拉伸和压缩实验。研究了该牌号钛合金在拉伸和压缩状态下的超塑性流变特征，并建立TC4钛合金的超塑性本构方程。研究显示：TC4合金在高温塑性变形时，流变应力随应变速率的增加而升高，随温度的升高而显著降低，同时TC4合金在变形温度＞850℃，应变速率＜10-2S-1时，其流变行为表现出超塑性变形特征。求得其超塑性本构模型满足以下函数关系：ε=3.79×1012[sinh（0.011914σ）]4.83exp[-313.124×103/（RT）]其次本文分析并确定钛合金在超塑性镦挤状态下鼓形区的损伤机制，通过实验测定韧性损伤阀值C和临界空穴扩张比VGC，进而确定超塑性镦挤试验的极限压下量并求得镦挤率λ的函数关系。结果表明：（1）TC4合金在常温下的断裂机制为混合型断裂，在超塑性状态下的断裂机制为韧性断裂。借助空穴扩张比理论及Cockcroft&Latham准则，建立的预测TC4合金在镦挤试验侧表面开裂的判据，可以作为镦挤试验的终止条件。（2）TC4合金在超塑性变形时的空穴扩张比VGC≈0.88，在拉伸状态下损伤阀值C=3.15，多应力状态下的损伤阀值C=0.932。镦挤时的极限压下量为95%，与之对应的最大延伸率σ=700%。TC4超塑性等温锻造的塑性评价指标：镦挤率λ与镦挤装置参数D、d、H和h满足如下函数关系式：λ=Kh/(Hn2.02)

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章 绪论  8-20
  1.1 引言  8-10
  1.2 钛合金及其锻造技术的国内外发展现状  10-12
    1.2.1 国外的发展现状  10-11
    1.2.2 国内发展现状  11-12
  1.3 刚-粘塑性有限元的基本理论  12-18
    1.3.1 刚-粘塑性有限元法的基本原理  13
    1.3.2 有限元法的基本方程  13-14
    1.3.3 有限元法的变分原理与步骤  14-16
    1.3.4 DEFORM-3D 软件介绍及其应用  16-18
  1.4 课题研究目的、意义及主要研究内容  18-20
    1.4.1 课题研究的目的及意义  18
    1.4.2 本课题主要研究内容  18-20
第2章 细晶化处理及超塑性本构方程的建立  20-32
  2.1 引言  20
  2.2 材料及方法  20-23
    2.2.1 实验材料  20-21
    2.2.2 实验方法  21-23
  2.3 TC4 合金热变形行为  23-30
    2.3.1 真实应力应变曲线  23-26
    2.3.2 流变应力方程  26-30
  2.4 本章小结  30-32
第3章 钛合金韧性断裂（损伤）极限的确定  32-41
  3.1 钛合金的断裂机制  32-33
  3.2 TC4 钛合金在超塑性变形中的断裂机制  33-38
    3.2.1 室温条件下 TC4 钛合金的断裂机制  33-34
    3.2.2 TC4 钛合金超塑性变形时的断裂机制  34-36
    3.2.3 超塑性镦挤试验中的损伤形式分析  36-38
  3.3 镦挤试验终止条件的判定方法  38-40
    3.3.1 预测韧性断裂的两种理论  38-40
  3.4 本章小结  40-41
第4章 超塑性等温拉伸与镦挤试验的有限元模拟  41-53
  4.1 试验装置设计  41-43
    4.1.1 拉伸装置设计  41
    4.1.2 镦挤装置设计  41-43
  4.2 前处理的参数设置  43-45
  4.3 模拟工艺条件设置及模拟结果分析  45-51
    4.3.1 前处理的主要设置方法  45-47
    4.3.2 后处理技术及模拟结果分析  47-51
  4.4 本章小结  51-53
第5章 镦挤率λ的建立  53-60
  5.1 延伸率与镦挤率的物理意义  53-54
  5.2 镦挤测试终止条件判定  54-57
    5.2.1 拉伸模拟时的 C 值与 VG C  54-55
    5.2.2 镦挤模拟时的 C 值与 VG C  55-57
  5.3 镦挤率λ的函数表达  57-59
  5.4 本章小结  59-60
第6章 结论与展望  60-62
参考文献  62-64
发表论文和参加科研情况说明  64-65
致谢  65-66

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属学与热处理 > 金属材料 > 有色金属及其合金 > 轻有色金属及其合金 > 钛
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