鍛造過程中失穩(wěn)變形組織和動態(tài)再結(jié)晶變形組織的模擬與預測研究.pdf

1、失穩(wěn)變形組織和動態(tài)再結(jié)晶變形組織是鍛造過程中最常見的變形組織，對鍛件的可加工性起到?jīng)Q定性作用，而金屬的可加工性包括內(nèi)稟可加工性和應力狀態(tài)可加工性兩方面。基于動態(tài)材料模型（DMM）的加工圖技術(shù)可以得到特定變形組織的熱力參數(shù)范圍，實現(xiàn)對變形組織類型的預測，能夠優(yōu)化材料的內(nèi)稟可加工性，但優(yōu)化的熱力參數(shù)范圍是變形體內(nèi)部的熱力參數(shù)，很難直接應用于實際鍛造過程中的變形組織預測；利用有限元技術(shù)可以得到特定變形條件下的鍛件內(nèi)部熱力參數(shù)場變量，能夠優(yōu)化材

2、料的應力狀態(tài)可加工性，但難以對變形組織進行模擬與預測。因此，將加工圖和有限元技術(shù)相結(jié)合，可以實現(xiàn)從內(nèi)稟可加工性和應力狀態(tài)可加工性兩方面對鍛造過程中失穩(wěn)變形組織和動態(tài)再結(jié)晶變形組織進行模擬與預測，這對獲得組織、性能優(yōu)良的無缺陷鍛件具有重要的指導意義和實用價值。
　　本文通過對Deform3D有限元軟件的二次開發(fā)，分別將失穩(wěn)圖和功率耗散圖確定出的失穩(wěn)變形組織和動態(tài)再結(jié)晶變形組織的熱力參數(shù)邊界條件導入到Deform3D有限元軟件中，使加

3、工圖技術(shù)和有限元技術(shù)得到了有效結(jié)合，這為實現(xiàn)對鍛造過程中失穩(wěn)變形組織和動態(tài)再結(jié)晶變形組織的模擬與預測提供了一種有效的方法。該方法有效發(fā)揮了加工圖技術(shù)能夠得到特定變形組織的熱力參數(shù)范圍以及有限元技術(shù)能夠得到特定變形條件下的鍛件內(nèi)部熱力參數(shù)的功能，克服了加工圖技術(shù)優(yōu)化的熱力參數(shù)不能直接用于指導實際鍛造生產(chǎn)，而有限元技術(shù)難以從變形組織方面優(yōu)化變形條件的不足。
　　利用二次開發(fā)后的Deform3D有限元軟件對TC11鈦合金在900℃，0.

4、001s-1、900℃，0.01s-1和900℃，1s-1時熱壓縮過程中的失穩(wěn)變形組織演變規(guī)律進行了模擬和預測。結(jié)果表明：在900℃，0.001s-1壓縮時，試樣在整個壓縮過程中未出現(xiàn)失穩(wěn)變形組織，整個壓縮試樣各部位的溫度、等效應變速率、等效應力等場變量分布比較均勻，并且各部位的熱力參數(shù)在整個壓縮過程中都處于穩(wěn)定變形組織窗口；在900℃，0.01s-1壓縮時，試樣首先在試樣中部中心和端部外圓周處出現(xiàn)失穩(wěn)變形組織，并隨著變形的進行，失穩(wěn)變

5、形組織區(qū)域逐漸擴大，至壓縮結(jié)束時整個試樣均為失穩(wěn)變形組織；在900℃，1.0s-1壓縮時，試樣的所有區(qū)域在整個壓縮過程中均為失穩(wěn)變形組織，在壓縮過程中，試樣內(nèi)部產(chǎn)生大量變形熱，各區(qū)域的溫度和等效應變速率差值較大。
　　利用二次開發(fā)后的Deform3D有限元軟件對TC11鈦合金在1020℃，0.1s-1、1050℃，0.1s-1、1050℃，10s-1時熱壓縮過程中的動態(tài)再結(jié)晶變形組織演變規(guī)律進行了模擬和預測。結(jié)果表明：在1020℃

6、，0.1s-1壓縮時，試樣首先在中部中心處出現(xiàn)動態(tài)再結(jié)晶變形組織，并不斷從中部向外擴展，至壓縮結(jié)束時，只有試樣端部沒有出現(xiàn)動態(tài)再結(jié)晶變形組織，壓縮試樣的溫度、等效應變速率和等效應變在壓縮過程中都分布均勻；在1050℃，0.1s-1壓縮時，試樣首先在中部中心處出現(xiàn)動態(tài)再結(jié)晶變形組織，并隨著變形的進行，動態(tài)再結(jié)晶變形組織區(qū)域不斷擴大至整個試樣；在1050℃，10s-1壓縮時，試樣的所有區(qū)域在整個壓縮過程中均為非動態(tài)再結(jié)晶變形組織，且在壓縮過