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损伤容限型钛合金加工性能研究

作　者: 林尧
导　师: 陈明和
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 材料加工工程
关键词: TC4-DT钛合金有限元分析切削加工残余应力高温压缩微观组织
分类号: TG146.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 143次
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内容摘要

损伤容限设计方法已成为现代飞机设计的普遍准则, TC4-DT钛合金正是为了满足我国新型飞机机损伤容限设计要求由我国自主研发的损伤容限型钛合金。本文以TC4-DT钛合金为研究对象,主要从其机械加工性能(主要从残余应力的分布)和热加工性能(高温压缩性能)两方面对其加工性能进行研究。主要工作如下:(1)利用有限元软件Abaqus,以Johnson-Cook模型为材料本构模型建立钛合金TC4-DT切削加工有限元模型。利用该切削模型模拟切削参数(主要从每齿进给量、切削速度、切削宽度、切削深度)变化对工件残余应力分布的影响。(2)分别改变每齿进给量、切削深度、切削宽度、切削速度这四个切削参数进行单因素切削试验,通过试验得到的数据与仿真结果进行对比验证。(3)本文对TC4-DT钛合金进行高温压缩实验,系统地研究了TC4-DT钛合金的高温压缩变形行为。研究了不同工艺参数(变形速率、变形温度)下,压缩变形的真实应力—应变曲线的变化规律。(4)探讨热变形参数对TC4-DT钛合金微观组织和性能的影响,对TC4-DT钛合金微观组织结构演化等进行了深入的研究,较系统地研究了变形参数对组织的影响规律。通过以上工作得出的结论如下:(1)由模拟结果得出:随着切削宽度的增加,工件表面的残余应力经历了先增加后减少的过程;随着切削深度、每齿进给量不断增大,加工后零件的表面残余应力值不断增大;随着切削速度的增加,工件表面残余应力有明显的降低。(2)通过切削试验结果与仿真结果对比,得出模拟值与试验值误差较小且得出的残余应力变化趋势一致,证明该切削模型可靠可以用于残余应力分析研究。(3)通过高温压缩试验所到的试验结果,建立了材料的本构方程,为今后有限元模拟提供了材料的数学模型。(4)通过对温度890℃、应变速率1×10-3S-1为TC4-DT钛合金最佳高温压缩条件,该条件下流变应力低,塑性好且得出的压缩件组织均匀细小。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
图表清单  9-11
注释表  11-12
第一章绪论  12-21
  1.1 引言  12-13
  1.2 钛合金加工性能表征方法  13
  1.3 切削加工性能  13-17
    1.3.1 切削加工性能的研究的主要内容  13-14
    1.3.2 切削加工表面残余应力  14-17
      1.3.2.1 残余应力的产生机理  14-15
      1.3.2.2 切削加工后表面残余应力的研究现状  15-17
  1.4 热加工性能  17-20
    1.4.1 热加工的分类  17-18
    1.4.2 热加工性能的研究现状  18
    1.4.3 热加工性能的研究方法  18-20
      1.4.3.1 拉伸实验法  19
      1.4.3.2 扭转实验法  19
      1.4.3.3 压缩实验法  19-20
      1.4.3.4 试验方法的确定  20
  1.5 研究内容  20-21
第二章钛合金三维切削有限元仿真  21-34
  2.1 引言  21
  2.2 Abaqus 介绍  21-24
    2.2.1 动态显式分析  22-23
    2.2.2 热分析程序  23
    2.2.3 稳定性限制  23-24
  2.3 TC4-DT 钛合金切削加工有限元模型  24-30
    2.3.1 材料模型  24-28
      2.3.1.1 TC4-DT 钛合金的Johnson-Cook 本构模型  24-25
      2.3.1.2 材料失效准则  25-27
      2.3.1.3 TC4-DT 钛合金与刀具材料参数  27-28
    2.3.2 摩擦模型  28
    2.3.3 质量放大  28-29
    2.3.4 钛合金TC4-DT 切削加工几何模型  29-30
  2.4 高速铣削模拟方案及结果分析  30-33
    2.4.1 切削宽度宽对切削后残余应力的影响  31-32
    2.4.2 切削深度对切削后残余应力大小影响  32
    2.4.3 每齿进给量对切削后残余应力大小影响  32-33
    2.4.4 切削速度对切削后残余应力大小影响  33
  2.5 本章总结  33-34
第三章切削加工后表面残余应力试验验证  34-45
  3.1 TC4-DT 钛合金切削试验  34-35
    3.1.1 工件材料  34
    3.1.2 试验仪器  34-35
  3.2 切削加工后表面残余应力测量  35-42
    3.2.1 残余应力检测方法  35-36
    3.2.2 X 射线法测试残余应力  36-39
      3.2.2.1 X 射线法基本原理  36-37
      3.2.2.2 X 射线法测试结果  37-39
    3.2.3 钻孔法测试残余应力  39-42
      3.2.3.1 钻孔法基本原理  39-40
      3.2.3.2 钻孔法测试结果  40-42
  3.3 试验结果与仿真结果对比分析  42-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章高温压缩性能研究  45-54
  4.1 引言  45
  4.2 高温压缩试验  45-46
  4.3 试验结果分析  46-53
    4.3.1 应变速率对TC4-DT 钛合金压缩性能的影响  47-49
    4.3.2 变形温度对TC4-DT 钛合金压缩性能的影响  49-50
    4.3.3 本构方程的确定  50-53
      4.3.3.1 m 值的计算  51-52
      4.3.3.2 K 值的计算  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章 TC4-DT 钛合金显微组织的演变及对其力学性能的影响  54-59
  5.1 引言  54
  5.2 试验步骤  54-55
  5.3 试验结果分析  55-58
    5.3.1 变形温度对组织的影响  55-57
    5.3.2 应变速率对组织的影响  57-58
  5.4 本章小结  58-59
第六章总结与展望  59-61
  6.1 总结  59
  6.2 展望  59-61
参考文献  61-65
致谢  65-66
攻读硕士学位期间发表的学术论文  66

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