TC4鈦合金薄壁件退火變形數(shù)值模擬及試驗(yàn)研究.pdf

1、TC4鈦合金廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，常以退火狀態(tài)作為最終使用狀態(tài)，然而鈦合金由于彈性模量低，鈦合金結(jié)構(gòu)件初始應(yīng)力復(fù)雜，在退火過程中產(chǎn)生較大變形。為控制TC4鈦合金在熱處理過程中的變形，本文采用數(shù)值模擬和試驗(yàn)結(jié)合的方法對TC4鈦合金退火變形及其控制進(jìn)行研究。通過研究鈦合金退火變形規(guī)律，結(jié)合工藝參數(shù)對鈦合金退火變形及熱校形的影響，以退火后變形最小化為目標(biāo)，對鈦合金退火工藝參數(shù)和熱處理夾具進(jìn)行優(yōu)化，從而控制鈦合金薄壁件退火變形。
　　首

2、先，本文采用MSC.marc分別建立了熱粘塑性和熱彈塑性鈦合金退火模型，模擬TC4鈦合金退火過程，并試驗(yàn)驗(yàn)證。研究結(jié)果表明，蠕變是預(yù)測變形準(zhǔn)確性的關(guān)鍵因素，熱粘塑性模型預(yù)測薄板退火變形更加準(zhǔn)確，誤差小于10％。殘余應(yīng)力是薄板發(fā)生整體變形的根本原因，殘余應(yīng)力在蠕變作用下產(chǎn)生的蠕變應(yīng)變及彈性應(yīng)變是退火變形的直接原因。殘余應(yīng)力以彈性應(yīng)變的形式釋放，在降低時(shí)存在滯后現(xiàn)象。
　　其次，研究了不同退火溫度對鈦合金力學(xué)性能的影響，確定了退火溫度

3、范圍；在模型優(yōu)化的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬研究了不同退火溫度、保溫時(shí)間、加熱速度和冷卻速度對薄板退火變形的影響，并得到試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明，鈦合金在所選退火溫度范圍內(nèi)經(jīng)退火后的強(qiáng)度比未經(jīng)退火的均有提高，斷后伸長率差別不大。隨著退火溫度升高，蠕變速率增加，退火變形量增大；隨著保溫時(shí)間延長及加熱速度、冷卻速度降低，蠕變時(shí)間延長，退火變形量增加。
　　最后，研究了工藝參數(shù)對鈦合金薄板熱校形的影響，同時(shí)分析了重力對退火變形的影響。結(jié)果表明，隨著

4、退火溫度升高，熱校形最終變形量越大，熱校形效果越好，并且最終變形量增長速率隨著溫度升高而先增加后降低，保溫時(shí)間延長、加熱速度降低和冷卻速度降低也導(dǎo)致熱校形最終變形量的增加。重力及夾具對鈦合金退火變形影響顯著，夾具形式影響著熱處理過程中重力的影響效果，決定零件最終變形。在薄板熱校形及退火變形的研究基礎(chǔ)上，結(jié)合T形件簡支撐退火變形規(guī)律，對退火工藝參數(shù)及熱處理夾具進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后 T形件退火變形在±0.06mm范圍內(nèi)，絕對變形小于0.08mm