热等静压制备TC4合金内筋圆筒件的组织与力学性能

采用有限元模拟技术研究TC4合金内筋筒形件在热等静压(HIP)过程中的致密化行为,通过响应面技术获得优化的HIP工艺参数,并开展优化工艺条件下的HIP实验;分别对HIP制备TC4合金内筋筒形件的不同部位开展致密度、力学性能测试以及微观组织和断口形貌表征。结果表明:TC4合金内筋筒形件的外表面优先致密,筒壁和筒底芯部的致密度最高,HIP压力对致密化的影响高于保温保压时间对致密化的影响;HIP制件筒壁和筒底的组织致密均匀、室温拉伸性能接近,筒壁室温拉伸性能均略优。350℃时,筒壁和筒底的拉伸性能差值进一步缩小,抗拉强度保持率达到近70%。室温和350℃拉伸变形试样均以韧性断裂为主的断裂特征。

TC4钛合金筒形件分瓣热胀形工艺研究

研究了分瓣热胀形模具结构、模具材料及其工艺参数等对钛合金筒形件胀形精度的影响。结果表明，分瓣热胀形是高精度钛合金筒形件的一种有效成形方法，分瓣热胀形TC4钛合金φ200mmx700mm筒形件的径向尺寸精度和母线直线度分别达到±0.03mm和0.11-0.17mm。

TC4钛合金薄壁筒形件反挤压成形及微观组织演化

利用Thermecmaster-Z型热模拟试验机进行温度为850~1050℃、应变速率为0.01~1 s^(-1)的高温热压缩实验,分别构建了TC4钛合金在α+β两相区与β单相区的本构方程和动态再结晶模型。采用DEFORM-3D有限元分析软件对不同条件下TC4钛合金薄壁筒形件反挤压成形时的载荷-行程曲线、动态再结晶百分数及晶粒尺寸分布进行了模拟,并与实验进行对比。结果表明,在变形温度为1000℃,反挤压速度为100 mm·s^(-1)时,得到的反挤压件晶粒尺寸最小。此外,反挤压实验与数值模拟所获得的载荷-行程曲线基本相符,最大相对误差约8.7%;反挤压后各部位金相组织及晶粒尺寸差异较大,但均小于最大相对误差22.8%。

强旋工艺参数对TC4钛合金筒形件旋压成形的影响

采用三维有限元法分析了TC4钛合金筒形件正、反旋压方式下的旋压力和贴模情况,探讨主要工艺参数对旋压力和工件质量的影响。研究表明:随减薄率、进给比和圆角半径增加,各方向旋压力均增加,径向旋压力增加速率较大。随成形角增大,总旋压力和径向旋压力显著减小,轴向旋压力增大。在减薄率20%～25%、进给比0.5～1.0mm/r、圆角半径6mm、成形角25o工艺条件下获得高质量工件。

ZTC4钛合金筒形件等温挤压工艺分析及模具设计

分析了ZTC4钛合金材料的成型特性,并用MSC/Superform模拟软件对ZTC4钛合金筒形件成型过程进行了模拟。在基于ZTC4钛合金筒形件成型过程中金属流动应力应变分布规律的基础上,结合ZTC4钛合金对温度敏感的特性,最终得出了ZTC4钛合金筒形件温挤压成型的具体工艺参数及合理的模具设计。

TC21钛合金筒形件旋压演变模拟及分析

钛合金筒形件因其独特的性质及性能,在航空、航天领域得到广泛应用,在技术推动下,钛合金筒形件的制作工艺日益精湛。以TC21钛合金筒形件为研究对象,在概述筒形件旋压技术的基础上,列举TC21钛合金筒形件旋压中常见的模拟方法,着重探讨TC21钛合金筒形件旋压演变模拟过程,并提出相关结论及展望,为相关研究提供借鉴。

TC4钛合金筒形件的热旋成形工艺研究

轻质、高强、耐热、耐蚀钛合金零部件在航空航天、兵器等发动机领域中具有重要的应用前景。针对一端带内法兰的TC4钛合金筒形件开展了加热旋压成形工艺研究,分析了加热温度、旋轮形状、旋压道次、旋轮进给比、壁厚减薄率等工艺参数对TC4钛合金旋压成形的影响规律,研究了旋压过程中材料出现的破裂、起皱、扭曲、扩径等现象并提出了解决措施,辅以后续精密整形和热处理工艺,制造了几何尺寸和机械性能均满足要求的TC4钛合金筒形件,为类似钛合金筒形件旋压成形提供了参考。

TC4合金大直径筒形件锻造工艺的改进

分析第1种工艺和第2种工艺锻制TC4合金大直径筒形件的利弊,对第1种工艺进行了改进,并采用改进后的工艺方案试制了TC4合金大直径筒形件。观察了改进后产品宏观形貌、显微组织,测试了改进后产品的力学性能,进行超声波探伤。结果表明:采用改进后的第1种工艺方案锻制的TC4合金大直径筒形件端面不开裂,内外表面裂纹少;铸造组织得到完全破碎,热处理后为细小的α+β等轴晶;力学性能较改进前显著提高,抗拉强度和屈服强度分别提高25 MPa和19 MPa,延伸率和断面收缩率分别提高5.5%和15.6%;超声波检验达到GB 5193的A级;仅原料成本一项就节省26%。

TC4钛合金盒形件超塑成形工艺

采用气压胀形方法对TC4钛合金某一特殊盒形结构件进行了超塑成形(SPF)。实验结果表明,在有限元模拟的基础上,成形温度为850℃,最大进气压力为1.5MPa时,成形时间为40min。超塑成形后的最佳取件温度为500℃。零件厚度分布率与有限元模拟结果大致相符合,减薄率最大处达53.7%。该工艺条件下成形的零件,其微观组织变化不大。

TC4钛合金复杂方锥形件热介质成形工艺仿真研究

利用热介质成形技术对TC4钛合金复杂方锥形零件进行了拉深过程计算分析,并与传统热冲压工艺的模拟结果进行了对比。结果表明,热介质成形工艺中运用柔性的固体颗粒介质代替刚性凸模,能有效改善成形零件的壁厚均匀性,降低起皱趋势,提高成形质量。

旋压参数对TC21钛合金筒形件旋压织构的影响

通过二次开发将晶体塑性滑移模型嵌入ABAQUS商业软件,对TC21钛合金筒形件旋压织构演变进行了有限元数值模拟,研究了旋压工艺参数对合金筒形件旋压织构组分和织构强度的影响。结果表明,实验与模拟结果对比显示出采用晶体塑性模型模拟织构演变时具有较高可靠性。减薄率显著影响旋压织构的组分和强度,当减薄率<25%时,织构组分主要为■,当减薄率>30%时,织构组分主要为■及■织构,且织构强度随减薄率增加而增大。主轴转速和进给速度不明显改变织构组分,主要为■及■纤维织构。随主轴转速和进给速度增加,■及■织构强度增大。

镁合金带内筋筒形件热强旋成形质量及参数优化

目的探明镁合金带内筋筒形件热强旋成形质量影响因素间的相互作用,并获得优化后的内筋数量及工艺参数。方法设计了五因素、三水平正交试验方案,开展了灰色关联度分析及极差分析,研究了内筋数量及工艺参数对旋压件直线度、圆度、筋背凹陷率、内筋饱和度、筋高不均匀度等成形质量指标影响的主次顺序,获得了最优的参数组合。结果各参数对旋压件成形质量的综合影响主次顺序为:内筋个数N>管坯壁厚t_(0)>减薄率ψ_(t)>成形温度T>进给比f,最优的参数组合为N=12、t_(0)=8 mm、ψ_(t)=70%、T=350℃、f=0.4 mm/r。结论通过在最优的参数组合下开展热强旋试验,可制备出质量合格的镁合金带内筋筒形件。

内筋参数对镁合金带内筋筒形件热强旋成形材料流动的影响

基于ABAQUS/explicit平台构建了ZK61镁合金带内筋筒形件热强旋成形时热力耦合有限元模型,探索了热强旋成形过程中材料的流变特性,研究了内筋参数(内筋形状和内筋个数)对材料流动及内筋充填的影响规律,并通过试验对构建的热力耦合有限元模型的可靠性进行了验证。结果表明:内筋的成形主要靠坯料的内层材料沿径向的流入,内层材料在内筋两侧产生分流,一部分材料沿径向流动形成内筋,剩余部分沿切向流动形成壁部;采用梯形内筋及增加内筋个数有利于内筋的填充;模拟获得的筋高不均匀度、壁厚及筋高与试验结果的相对误差小于8%,验证了有限元模拟结果的准确性。

TC4钛合金锥形件叠层超塑成形工艺研究

为了提高锥形件超塑成形效率,提出了叠层超塑成形工艺及高温进出炉成形方案,并采用正反向超塑成形方法以提高壁厚分布均匀性。通过对超塑成形过程自由胀形阶段与贴模成形阶段进行的力学解析,得到了最佳等效应变速率条件下的气压加载曲线。以此为基础,对单层正向成形、单层正反向成形及双层正反向成形进行了920℃超塑成形实验研究。结果表明,正反向成形可显著改善锥形件壁厚均匀性。在双层正反向成形条件下,锥形件最大截面圆度为0.05 mm,最小壁厚为1.01 mm,型面尺寸及壁厚分布均满足使用要求,下层零件的壁厚均匀性较差。叠层超塑成形工艺及900℃装出炉方案可行有效,可使锥形件超塑成形效率提高1倍以上。

TC6合金筒形件反挤压过程变形分析

基于刚塑性有限元的拉格朗日乘子法建立了三维热—力耦合模型,并对TC6钛合金在不同摩擦因子、凸模速度和变形温度下筒形件反挤压过程的载荷和应力、应变分布规律进行了数值分析。结果表明:坯料心部金属主要产生压缩变形,边部金属发生剪切变形,边缘底部金属变形量最大。在初始接触阶段,载荷增加缓慢,随后急剧增加;变形进入稳定阶段后,载荷变化幅度不大。随着凸模速度和摩擦力增大以及变形温度降低,载荷增加。凸模速度为10mm/s,变形温度900℃时,TC6钛合金筒形反挤压变形均匀。

TC4合金筋板结构件锻造过程的三维数值模拟

采用三维刚粘塑性有限元法对一复杂筋板结构件整体成形过程进行三维热力耦合数值模拟,得到了成形过程中金属的流动规律以及应力、应变场的分布情况,从而揭示了筋板结构件的成形规律。结果表明,筋板结构件的塑性变形主要集中在加强筋成形部位,该部位是大应力应变的集中区域,也是折叠、充填不满等成形缺陷集中出现的区域。该研究对其他种类筋板结构件的成形具有一定的指导意义。

TC21钛合金深筒件锻造成形过程数值模拟

采用有限元数值模拟,研究了变形速度、变形温度对TC21钛合金锻造过程中筒内各特征点的温度、等效应变与等效应力的影响。结果表明,随着变形速度及变形温度的提高,深筒件内部的等效应变先增加后减小,而等效应力总体呈现先减小、后大幅提高的趋势;当采用变形温度为945℃、变形速度为10 mm/s的工艺参数时,深筒件的可锻性能最佳。

镁合金带内筋筒形件热强旋成形织构演变

通过宏−细观耦合模拟,研究不同温度和减薄率下镁合金带内筋筒形件壁部和筋部织构的演变规律,并结合宏观和细观分析对织构演变原因进行探究。结果表明,热强旋过程中晶粒c轴朝平行于旋压件径向偏转。减薄率相同时,壁部晶粒由于较大的径向压应力作用产生比筋部更大的偏转角度;滑移系累积剪应变随减薄率增加具有与宏观真实应变一致的线性增大特点,这将引起织构强度的不断增加。温度对织构类型影响显著,旋压件在较低温度时保持坯料基面板织构特征,随温度的增加,晶粒c轴发生大角度偏转,板织构特征减弱;随着温度的升高,筋部应变量相比壁部具有更大的增幅,这是温度对筋部织构强度影响更为显著的原因。

镁合金带内筋筒形件热强旋织构演变模型构建

镁合金塑性变形过程中易形成织构,带内筋筒形件热强旋成形时的热变形、内筋结构等对织构的影响规律复杂。通过宏观成形模拟获得材料的热强旋变形场信息,采用插值算法及宏-细观耦合方法构建织构演变模型,研究镁合金带内筋筒形件热强旋过程中的织构演变,探讨旋压件壁部及筋部变形织构的差异。结果表明,热强旋过程中坯料的基面板织构将逐渐转变为旋压件的基面纤维织构,且晶粒c轴将由平行于管坯切向朝平行于旋压件径向偏转,壁部相比筋部晶粒具有更大的偏转角度;以最大织构强度位置的偏转角度及极图中最大极密度作为评价指标进行模型可靠性分析,壁部及筋部预测值与试验值的相对误差均小于10%,所构建的宏-细观耦合模型准确地预测了织构类型及强度的转变。

圆角半径对TC4钛合金Ⅴ形件热冲压回弹的影响

通过单向拉伸实验,对TC4钛合金板料进行材料力学性能分析。利用有限元方法,建立TC4钛合金Ⅴ形件热冲压数值仿真模型并进行仿真实验,探讨了成形温度、凸模速度、摩擦因子对成形的影响,并得出最优的工艺参数组合。在最优工艺条件下,考察凸模圆角半径对回弹的影响。对TC4钛合金Ⅴ形件进行热冲压实验,取不同凸模圆角半径进行实验,获得了零件的回弹数据。通过实验和仿真数据的对比分析,得出仿真结果与实验结果有较好的一致性。结果表明:成形温度对成形结果影响较大,凸模速度次之,摩擦因子影响最小;最佳成形条件为:成形温度为750℃,凸模速度为0.1 mm·s^-1,一般润滑;凸模圆角半径增大,回弹率也增大,当凸模圆角半径小于凹模圆角半径时,呈现负回弹,最小回弹率出现在凸、凹模圆角半径相等的条件下。