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Ti/Al粉末体塑性变形行为及锻造过程数值模拟研究

作　者: 仇珩宇
导　师: 胡连喜
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Ti/Al复合粉末塑性变形行为粉末锻造数值模拟
分类号: TF124.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

TiAl基合金具有抗高温、抗氧化，密度低等优点，但是其塑性差，高温变形抗力大，难以加工成型，从而大大限制了该材料的工程应用，阻碍了该材料的实用化。如果采用传统的粉末冶金、铸造和热变形等成形方法，若要同时满足致密度高、性能好、成本低和复杂零件成形等要求非常困难。因此，针对TiAl基合金难以加工成形的特点，本研究采用机械混粉-冷压制坯-低温烧结的工艺方法制备Ti/Al粉末坯。Ti/Al粉末坯与TiAl基合金相比，具有塑性好，易成形的特点。本文利用多种烧结工艺对Ti/Al粉末体材料进行低温烧结实验，确定最优烧结方案，并研究其塑性变形行为，采用ABAQUS对其锻造成形过程进行数值模拟，为Ti/Al粉末体锻造时最优工艺参数的设定和模具的设计提供参考。机械混合Ti粉和Al粉，在不同压力下制取坯料，采用不同烧结工艺对Ti/Al粉体坯料进行低温真空烧结；利用SEM、EDS、XRD等材料分析测试方法对烧结后得到的Ti/Al粉末体材料进行显微组织分析；对烧结后的Ti/Al粉体坯进行热压缩模拟试验，研究其塑性变形行为，并建立其本构关系方程和热加工图；对烧结后的Ti/Al粉体坯锻造过程进行数值模拟。本文重点研究以下内容：研究了Ti/Al粉末体材料的制备工艺。通过分析不同烧结工艺烧结后的Ti/Al粉体坯料的能谱图，结合XRD可以得出Ti/Al粉体坯料在不同烧结温度和烧结时间下生成金属间化合物的情况；研究不同烧结温度和烧结时间下坯料的塑性从而确定最佳烧结工艺；对不同初始密度的粉末体坯料进行热压缩模拟试验。研究了相对密度、温度、应变速率对流动应力的影响规律；建立了Ti/Al粉末体材料的本构关系方程；制作其热加工图并结合组织分析确立其最佳的锻造工艺参数；采用ABAQUS模拟了Ti/Al粉末体坯料锻造过程，分析了相对密度、等效应力场、等效应变场的分布情况，并研究了摩擦系数、温度、应变速率对锻造过程的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-19
  1.1 课题研究的目的和意义  10
  1.2 粉末冶金成形技术  10-14
    1.2.1 现代粉末冶金的应用  10-11
    1.2.2 粉末冶金工艺的发展现状  11-12
    1.2.3 粉末冶金工艺  12-14
  1.3 粉末锻造成形理论  14-16
  1.4 粉末锻造数值模拟  16-18
    1.4.1 粉末锻造数值模拟的发展现状  16
    1.4.2 粉末锻造数值模拟难点  16-17
    1.4.3 粉末锻造有限元分析软件  17-18
  1.5 主要研究内容  18-19
第2章 Ti/Al 粉末体制备及试验方法  19-25
  2.1 前言  19
  2.2 试验材料  19
  2.3 试验主要设备  19-23
    2.3.1 粉末混合装置  19-20
    2.3.2 压制设备  20
    2.3.3 真空烧结装置  20-21
    2.3.4 组织结构分析设备  21-22
    2.3.5 力学性能测试设备  22-23
  2.4 试验方法  23-25
第3章 Ti/Al 粉末复合体制备工艺研究  25-38
  3.1 引言  25
  3.2 Ti/Al 复合粉的冷压制特性  25-27
  3.3 Ti/Al 复合粉低温真空烧结工艺的研究  27-35
    3.3.1 Ti/Al 反应机理  27-28
    3.3.2 不同烧结工艺下烧结后 Ti/Al 粉末坯料的显微组织观察  28-35
  3.4 不同烧结工艺制备的 Ti/Al 粉末体的压缩试验研究  35-37
  3.5 本章小结  37-38
第4章 Ti/Al 粉末体塑性变形行为研究  38-54
  4.1 引言  38
  4.2 变形条件对流动应力的影响  38-45
    4.2.1 相对密度对流动应力的影响  38-42
    4.2.2 温度对流变应力的影响  42-44
    4.2.3 应变速率对流变应力的影响  44-45
  4.3 本构方程的建立  45-48
  4.4 Ti/Al 粉末体热加工图研究  48-53
    4.4.1 热加工图简介  48
    4.4.2 基于动态材料模型的热加工图  48-50
    4.4.3 热加工图分析  50-51
    4.4.4 组织分析  51-53
  4.5 本章小结  53-54
第5章 Ti/Al 粉末体锻造数值模拟研究  54-67
  5.1 引言  54
  5.2 ABSQUS 的主要模块  54-55
  5.3 ABAQUS 的基本分析步骤  55-56
  5.4 数值模拟模型的建立  56-58
    5.4.1 粉末体屈服准则  56-57
    5.4.2 模型建立和网格划分  57-58
  5.5 模拟工艺方案  58
  5.6 模拟结果与分析  58-66
    5.6.1 Ti/Al 粉末体单向压缩试验模拟  58-60
    5.6.2 零件变形过程分析  60-62
    5.6.3 摩擦系数对 Ti/Al 粉末坯锻造过程的影响  62-63
    5.6.4 应变速率对 Ti/Al 粉末坯锻造过程的影响  63-64
    5.6.5 位移-最大主应力曲线分析  64-66
  5.7 本章小结  66-67
结论  67-68
参考文献  68-73
致谢  73

Ti/Al粉末体塑性变形行为及锻造过程数值模拟研究

内容摘要

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