鈦合金高溫變形時(shí)跨層次模型及數(shù)值模擬.pdf

1、數(shù)值方法、計(jì)算機(jī)技術(shù)與材料加工理論相結(jié)合，對(duì)材料加工過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，預(yù)測(cè)材料的成形、微觀(guān)組織、性能和質(zhì)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)加工工藝的優(yōu)化，有利于使材料熱加工由“技藝”走向“科學(xué)”，為材料熱加工技術(shù)的進(jìn)步提供新的途徑。 材料在高溫變形時(shí)不僅宏觀(guān)力學(xué)性能會(huì)發(fā)生變化，內(nèi)部的微觀(guān)組織也會(huì)經(jīng)歷一系列變化，微觀(guān)組織的變化又影響材料的宏觀(guān)變形行為。從變形機(jī)理角度正確理解材料內(nèi)部的微觀(guān)組織演變與材料高溫變形過(guò)程及其二者之間的交互作用，建立既能揭示塑

2、性變形物理機(jī)制又能反映微觀(guān)組織演變與宏觀(guān)變形行為交互作用的跨層次模型是實(shí)現(xiàn)材料變形過(guò)程的變形-傳熱-微觀(guān)組織耦合數(shù)值模擬的基礎(chǔ)，而且能科學(xué)地理解高溫變形機(jī)理，為合理地確定鍛造加工工藝和控制鍛件質(zhì)量提供了科學(xué)依據(jù)。 本文以金屬高溫變形微觀(guān)機(jī)理為基礎(chǔ)，研究了微觀(guān)組織與變形參數(shù)間的關(guān)系，以位錯(cuò)密度變化率為內(nèi)變量建立了金屬高溫變形時(shí)的微觀(guān)組織模型。并以TC6鈦合金為例對(duì)該模型的可靠性進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果證明該模型預(yù)測(cè)精度高，可較好地描述鈦合

3、金高溫變形過(guò)程中的微觀(guān)組織演變行為。 對(duì)材料高溫變形物理機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)研究，以位錯(cuò)強(qiáng)化機(jī)制與晶界強(qiáng)化機(jī)制為基礎(chǔ)，建立了鈦合金的塑性變形本構(gòu)方程。該方程不僅可以定量計(jì)算不同的基體相和不同變形機(jī)制對(duì)流動(dòng)應(yīng)力的作用，而且可以反映微觀(guān)組織演變對(duì)宏觀(guān)力學(xué)行為的影響，因此可以作為跨層次數(shù)值模擬的媒介。以TC6鈦合金為例對(duì)該塑性變形本構(gòu)方程進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果證明該本構(gòu)方程預(yù)測(cè)流動(dòng)應(yīng)力曲線(xiàn)可較好地描述TC6鈦合金高溫變形時(shí)的動(dòng)態(tài)行為。 帶

4、阻尼臺(tái)葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)中一類(lèi)重要且形狀復(fù)雜的零件，對(duì)葉片的精鍛過(guò)程進(jìn)行三維數(shù)值模擬具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。將本文建立的反映變形與微觀(guān)組織演變交互作用的塑性變形本構(gòu)方程與傳熱分析相結(jié)合，建立變形-傳熱-微觀(guān)組織的有限元耦合模擬系統(tǒng)。應(yīng)用該系統(tǒng)對(duì)帶阻尼臺(tái)葉片的精鍛過(guò)程進(jìn)行了三維數(shù)值模擬，分析了變形工藝參數(shù)包括變形溫度、變形速度、變形程度與摩擦條件對(duì)鍛件內(nèi)部應(yīng)變場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和微觀(guān)組織場(chǎng)的影響，并對(duì)精鍛過(guò)程中的晶粒尺寸進(jìn)行了計(jì)算。