TiAl合金包套鍛造變形協(xié)調(diào)及數(shù)值模擬

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1、摘要摘要TiAl合金是一種新型高溫結(jié)構(gòu)材料,具有比重低、高溫比強(qiáng)度高、抗氧化性能好等特點(diǎn),是用于航空航天關(guān)鍵的理想材料,但是TiAl合金其本身的室溫脆性及塑性低限制了其進(jìn)一步發(fā)展。研究表明,使TiAl合金組織均勻細(xì)小能夠改善TiAl合金組織性能。目前,常采用熱機(jī)械處理工藝獲得均勻細(xì)小的TiAl合金組織,一般包括:鍛造、擠壓等。TiAl合金鍛造時(shí),如操作不當(dāng),極易出現(xiàn)熱塑性不足和開裂問(wèn)題;而擠壓工藝要求模具性能較高,造價(jià)較為昂貴,而且擠壓后坯料不易拆卸,針對(duì)各工藝存在的缺陷提出了TiAl合金的包套鐓粗工藝,該工藝易于在普通液壓機(jī)上實(shí)現(xiàn),并使

2、TiAl合金處于近等溫鍛造狀態(tài),可以有效地細(xì)化TiAl鑄錠合金粗大的層片組織。本文以TiAl合金包套鐓粗為主要研究?jī)?nèi)容,理論分析了TiAl合金的流變過(guò)程,研究了包套鐓粗的力學(xué)狀態(tài),并給出了變形協(xié)調(diào)的概念和計(jì)算模型,計(jì)算了包套鐓粗的變形力及變形協(xié)調(diào)時(shí)的壁厚值。利用DEFORM-3D有限元模擬軟件,分析了不同壁厚、高徑比下的TiAl合金包套鐓粗的變形過(guò)程和變形應(yīng)變場(chǎng)的云圖狀態(tài),從而直觀揭示了其變形協(xié)調(diào)性,發(fā)現(xiàn)TiAl合金在高徑比為1:1,不同的壁厚(t=3mm、5mm及8mm)時(shí),其變形均較為協(xié)調(diào)。高徑比為2:1時(shí),試樣發(fā)生了不同程度的失穩(wěn)。

3、通過(guò)TiAl合金的包套鐓粗實(shí)驗(yàn),分別選取TiAl合金的高徑比1:1、1.5:1、2:1,包套壁厚為3mm、5mm、8mm,實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)高徑比為1:1時(shí),所選壁厚越大變形協(xié)調(diào)性越好。高徑比為2:1時(shí),試樣發(fā)生了不同程度的失穩(wěn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果對(duì)比,發(fā)現(xiàn)兩者在高徑比為1:1、1.5:1時(shí)是基本吻合的。關(guān)鍵詞:TiAl;包套鍛造;變形協(xié)調(diào);數(shù)值模擬;高徑比I河北科技大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractTiAlalloyisanewhigh-temperaturestructuralmaterial,characterizedwithlowdensi

4、ty,highstrengthandmodulus.AnditisconsideredasidealmaterialinAerospacefield.Howeveritsbrittlenessandbadplasticityatroomtemperaturemakeitdifficultforfurtherdevelopment.ItisfoundthatobtainingthefinerTiAlalloystructurecanimproveitscomprehensiveproperty.Nowadaysthermalmechanic

5、altreatmenttechniqueisusedtoacquirehomogeneousandmuchfinerstructure,whichincludesforgingandextrusion.WhenforgingTiAlalloy,ifoperatingunproperlyiteasilyleadstoshortageofthermoplasticityandcrack.WhenextrudingTiAlalloy,thepropertyofdiemustbegoodenoughtomeetsomestandardrequir

6、ement,andafterexperimentthesamplecannotbeeasilydissambled,whichcosthighly.BasedontheseshortcomingtheTiAlalloycanned-forgingisproposed,whichcanbeeasilydonewithcommenhydraulicpressandkeeptheTiAlalloyinthestateofnear-isothermalandcaneffectivelymakethecoarselamellaofTiAlalloy

7、ingotmuchfiner.BasedtheTiAlcanned-forgingasmaincontent,thispaperhasanalyseditsflowprocesstheoretically,studieditsmechanicalstate,presenttheconceptofdeformationcompatibilityandcomputationmodel,calculateddeformationforceandthickness.ofcan.ByFEMsoftwareDEFORM-3D,thecanned-fo

8、rgingproecessandeffectivestrainfieldunderdifferentthicknessandratioofheighttodiameter(H/D)havebe

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