TC18鈦合金熱變形行為與熱處理數(shù)值模擬.pdf

1、鈦合金是一種在航空航天工業(yè)廣泛應(yīng)用的金屬,具有強(qiáng)度高、塑性好、高溫性能好等優(yōu)點(diǎn)。TC18鈦合金是一種近β型鈦合金,其經(jīng)過熱處理后的室溫屈服強(qiáng)度可以達(dá)到1100MPa左右,同時(shí)保持較高的塑性;另外其還具有優(yōu)良的高溫性能,廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域,作為承力結(jié)構(gòu)件。
　　鈦合金由于彈性模量低、屈強(qiáng)比高、成型易于回彈等特點(diǎn),經(jīng)常需要經(jīng)過模鍛和等溫鍛造等工藝進(jìn)行加工成型。通過得到材料在高溫下的流變應(yīng)力規(guī)律及熱加工圖,可指導(dǎo)成型設(shè)備的選擇及成型工藝

2、的制定。同時(shí),鈦合金由于機(jī)加工、焊接等工序易于留下殘余應(yīng)力,經(jīng)常采用熱處理作為其最終工序。為了控制熱處理中發(fā)生的變形,經(jīng)常在熱處理的時(shí)候施加工裝進(jìn)行校形,即熱校形。熱校形的本質(zhì)是應(yīng)力松弛。目前,鈦合金構(gòu)件的熱校形尚未實(shí)現(xiàn)精確控制,工裝施加的時(shí)間、大小主要憑經(jīng)驗(yàn)控制。通過應(yīng)力松弛試驗(yàn)得到其應(yīng)力松弛方程,可以作為熱校形精確控制的基礎(chǔ)。另外,熱處理過程是一個(gè)多場(chǎng)耦合的復(fù)雜過程,通過試驗(yàn)研究較為困難,通過數(shù)值模擬的方法,采用隨溫度變化的材料參數(shù)

3、進(jìn)行非線性數(shù)值模擬,可得到較為精確的仿真結(jié)果。
　　本文主要研究了TC18鈦合金的熱壓縮變形行為及應(yīng)力松弛行為,并進(jìn)行了某航空用TC18鈦合金長(zhǎng)直桿件的焊后熱處理數(shù)值模擬。
　　兩相區(qū)和單相區(qū)的變形抗力方程分別為;6162.712760.073760.179570.59051Tese-e=&,6319.783410.059640.218270.60885Tese-e=&。根據(jù)熱加工圖,可得失穩(wěn)區(qū)主要發(fā)生在溫度為650℃-80

4、0℃,應(yīng)變速率為0.02s-1-1s-1的區(qū)域,少部分分布在850℃-950℃間的高應(yīng)變速率區(qū);動(dòng)態(tài)再結(jié)晶可能發(fā)生的區(qū)域?yàn)樵?50℃-850℃應(yīng)變速率為0.001s-1-0.01s-1及950℃-1000℃應(yīng)變速率為0.1s-1-1s-1區(qū)域;適宜進(jìn)行熱加工的區(qū)域?yàn)?700℃-850℃應(yīng)變速率為0.001s-1-0.01s-1,850℃-950℃應(yīng)變速率為0.01s-1-0.1s-1。對(duì)兩相區(qū)熱壓縮后試樣的透射及EBSD分析表明:在高溫

5、變形過程中,α相主要發(fā)生變形,較少發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶;β相在溫度相對(duì)較低時(shí)主要發(fā)生再結(jié)晶,溫度升高時(shí)回復(fù)占主要部分。
　　原始態(tài)由于存在殘余應(yīng)力,不能通過應(yīng)力松弛試驗(yàn)擬合得到應(yīng)力松弛方程;去應(yīng)力退火態(tài)的應(yīng)力松弛曲線規(guī)律性較好,可得其應(yīng)力松弛極限與溫度的關(guān)系為σ∞=224.3222+0.59101T+3.87119T2,650℃時(shí)其剩余應(yīng)力與時(shí)間的關(guān)系為:04.05(4.05)tAetss-=+-,其中A=1.0334,τ=4.905