TC4合金的新型本构关系

通过热态模拟试验 ,系统地研究了主要锻造热力参数 (变形速度、变形温度、变形程度 )与 TC4合金流动应力、微观组织之间的数值关系 ,采用数理统计原理 ,科学地分析并回归出了能综合反映锻造热力参数和微观组织演化过程对材料成形性能影响的本构方程 ,定性地探讨了各热力参数对 TC4合金组织和性能的影响规律 ,为TC4合金锻造过程的数值模拟和锻造热力参数的合理制订与控制提供了基础。     

一种基于并联关系模型的TC4合金本构方程

 以 TC4合金流动应力σ为目标函数,通过热态物理模拟试验,系统地研究了主要锻造热力参数 (变形温度、变形速度和变形程度等 )对目标函数的影响,基于数理统计学原理,科学地分析并回归出了能综合反映锻造热力参数对材料成形性能影响的本构方程,得出了 TC4合金变形工艺参数 (变形温度 T、等效应变速率ε、等效应变ε等 )对目标函数的影响规律,从而,为 TC4合金锻造过程的数值模拟和锻造热力参数的合理制订与控制提供了基础。     

TC4合金等温成形过程模拟与组织预测

在试验研究的基础上，建立了能够反映锻造热力参数对材料成形性能影响的新型本构方程，并采用变形与传热耦合分析的刚塑性有限元数值模拟方法，全面系统地研究了TC4合金的等温成形过程，基于建立的该合金动态再结晶组织的演化模型，定量地预测了等温成形过程中TC4合金微观组织的演变情况，并分析讨论了工艺参数合金微观组织演变过程的影响，从而为TC4合金热成形工艺参数的优化设计和控制提供了基础。     

细晶态FGH96热成型时的流动行为研究

 通过热模拟试验,对细晶态FGH96 合金的高温流动特性进行了研究,分别从宏观和微观上对影响FGH96 流动特性的因素(变形温度、变形速率和变形程度以及Z 因子和动态再结晶晶粒尺寸等) 作了系统分析。结果表明:变形温度、变形速率和变形程度对流动应力和再结晶晶粒尺寸均有不同程度的影响。在此基础上,建立了细晶态FGH96 合金热成型时的本构模型,该模型充分考虑了变形温度、变形速率和变形程度对流动应力的影响,这对FGH96 合金热成型过程的数值模拟和热力参数的合理制订具有重要意义。     

TC11合金热变形特性及变形参数对组织的影响

通过热模拟压缩试验,分析了TC11合金的高温变形特性及不同变形参数下的组织演化规律,用非线性回归方法建立了TC11合金Kumar型材料的本构关系,得出了TC11合金的高温流变曲线基本呈流变软化特征的结论;最后应用MSC,Autoforge软件对TC11合金某型号涡轮盘的等温锻造工艺进行了模拟式工艺设计,验证了TC11合金材料本构关系的工程适用性.     

基于神经网络的Haynes 282合金高温流动行为表征及其有限元应用北大核心CSCD

通过在热/力学模拟试验机上开展等温压缩试验获得了Haynes 282合金的真应力-应变数据。Haynes 282合金在高温变形过程中表现出显著的动态再结晶特性,其流动应力对热力参数敏感度较高,且与热力参数呈复杂的非线性关系。为了准确地描述和预测Haynes 282合金的真应力-应变关系,将热变形参数作为输入,将流动应力作为输出构建了反向传播神经网络。对神经网络的评估结果表明所构建的神经网络能够精确地表征Haynes 282合金的高温流动行为。通过将构建的神经网络以材料子程序的形式植入有限元软件中,建立等温压缩试验有限元模型,实现了Haynes 282合金高温流动行为的精确仿真。     

基于热加工图的TC4合金热成形性能研究

通过热压缩试验研究TC4(Ti-6Al-4V)合金在应变速率为0.001～100s-1,变形温度为750～1050℃条件下的热成形性能.建立了基于流动应力的TC4合金本构方程.综合考虑应变速率和变形温度对材料微观结构及性能的影响,采用动态材料模型建立加工图.根据Malas稳定性准则确定出了非稳定区的位置及热变形最佳工艺参数:变形温度为800℃,应变速率为0.001s-1.     

TC11合金高温变形行为及其机理

采用Gleeble-1500热模拟机研究了TC11合金在800～1 050℃、应变速率0.005～5/s条件下的高温变形行为.根据动力学分析,确定了不同温度区间的热激活能和热变形方程.结合变形微观组织观察确定了TC11合金的高温变形机制.结果显示:TC11合金在(α β)两相区和β相区的热变形激活能分别为285.38和141.98 kJ/mol,表明不同温度区间的热变形机理不同;在两相区变形主要发生片状组织的球化,在β相区变形时低应变速率下(0.005～0.05/s)主要发生β相的动态再结晶,高应变速率下(0.05～5/s)主要发生动态回复.研究结果为确定该合金的最佳变形工艺参数提供了理论依据.     

Al-17.5Si-4Cu-0.5Mg合金热变形行为及其加工图

采用Gleebe-1500D热压缩模拟试验机在变形温度350~500℃、应变速率0.001~5s-1的条件下对Al-17.5Si-4Cu-0.5Mg合金进行热压缩实验,研究该合金在热塑性变形下的流变应力行为及其热加工特性,研究结果表明:Al-17.5Si-4Cu-0.5Mg合金为正应变速率敏感材料;该合金可用Znenr-Hollomon参数双曲正弦形式来描述高温塑性变形时的流变应力行为;合金平均热变形激活能Q为308.61k J/mol。基于动态材料模型(DMM)建立了Al-17.5Si-4Cu-0.5Mg合金的热加工图,并结合热加工图和显微组织分析获得了该合金较优的热变形工艺参数:变形温度为400~470℃,应变速率为0.1s-1。     

基于组织均匀性目标的TC4合金盘形件等温成形工艺优化

采用有限元数值模拟虚拟试验方法，以终锻件组织均匀性为目标，研究了TC4合金盘形件等温成形过程，为锻造工艺参数的优化提供了一条从虚拟试验—回归模型—优化设计的新思路。根据锻造工艺参数与组织均匀性之间的关系，结合建立的回归模型，采用单纯形优化算法对TC4合金盘形件等温锻造成形工艺参数进行了优化。采用优化后的工艺参数模拟了等温锻造成形过程，结果表明，锻后组织分布均匀，优化效果显著。     

先顶后刹时摩擦焊接头金属的本构关系

采用正交多项式和回归分析方法,系统地研究了热力参数(顶刹时差、变形量、顶锻速度)与摩擦焊接头金属性能间的本构关系;探讨了热力参数对接头金属性能的影响规律,为高温合金与耐热钢摩擦焊接成形与控制提供了依据。     

TC4-DT钛合金高温热变形行为研究

利用Gleeble-3500型热模拟实验机,研究了TC4-DT损伤容限型钛合金在温度850℃～1000℃、应变速率0.01～10s-1、变形程度为40%～70%条件下的热变形行为,分析了该合金的流变应力行为及微观组织演变规律,并建立了本构关系模型。研究结果表明,TC4-DT合金在950℃以下的较低温度变形时应力软化现象非常明显,变形机制和热变形激活能不同于950℃以上的较高温度变形机制;在950℃以上高温度变形时,低应变速率(如ε=0.01s-1)促进了动态再结晶行为的发生,而在较高的应变速率(如ε=10s-1)时,一般只发生动态回复现象,动态再结晶行为受抑制。     

钛合金表面镍包石墨喷涂层的耐磨性能

为了提高钛合金的表面耐磨性,利用氧乙炔热喷涂枪,在TC4合金表面上制备出镍包石墨涂层。采用MXP-2000型销盘式摩擦磨损实验机,进行钛合金及其镍包石墨涂层的干摩擦磨损实验,并利用扫描电镜对磨损表面进行观察和分析。实验结果发现,镍包石墨涂层的摩擦系数只有钛合金的一半左右,前者磨损量为后者的1/6,说明镍包石墨涂层可以大大提高钛合金的表面耐磨性能。TC4合金的磨损机制以黏着磨损为主,喷涂层的磨损机制以磨粒磨损为主,喷涂层中的石墨润滑相是其耐磨性高的主要原因。     

Investigation on induction brazing of profiled cBN wheel for grinding of Ti-6Al-4V

Profiled monolayer cBN wheel was induction brazed for grinding of titanium dovetail slot in this study. Aimed at acquiring a uniform temperature distribution along the profiled surface and reducing the thermal deformation of the brazed wheel, a finite element model was established to investigate the temperature uniformity during induction brazing. A suitable induction coil and the related working parameters were designed and chosen based on the simulation results. Ag-Cu-Ti alloy and cBN grains were applied in the induction brazing experiment. The results showed geometric deformation of the brazed wheel was no more than 0.01 mm and chemical reaction layer were found on the brazed joint interface. Further validation tests were carried out by grinding of Ti-6Al-4V alloy. Compared to the electroplated wheel, the brazed wheel showed better performance such as low specific grinding energy and good ground quality in grinding of Ti-6Al-4V alloy. Abrasion wear was found to be the main failure mode for the induction brazed wheel, while adhesion and grains pull-out were the main failure mode for the electroplated wheel.     

超声喷丸与传统喷丸对TC4 钛合金残余应力影响的仿真分析

为了预测喷丸TC4钛合金试件的残余压应力层深度及值的分布和冲击面凹坑的直径、深度特征曲线及表面形貌的变化,采用ABAQUS/Explicit软件建立2个3D模型。通过超声喷丸与传统喷丸2种工艺过程数值仿真对比了表面残余应力场差异,分析了TC4钛合金弹丸直径、速度和冲击次数等喷丸参数对残余应力分布的影响。结果表明:当动能相同时,2种强化过程表面所产生的残余压应力是可比较的,超声喷丸模型亚表层残余应力深度为0.16 mm,约为传统喷丸模型深度的2倍;传统喷丸产生的残余压应力最大值约-800 MPa,约为超声喷丸的1.6倍。与传统喷丸相比,超声喷丸具有较低的表面粗糙度以及较深的残余压应力层。残余压应力层深度与弹丸直径呈正相关,但过大的弹丸尺寸会引起薄壁件另一侧残余拉应力区域的增大。     

高深径比TC4钛合金筒形件普旋成型有限元数值模拟

采用有限元法对特定高深径比TC4钛合金筒形件普旋成型进行了数值模拟,分析了运动轨迹、旋压道次间距和间隙对成型的影响.结果表明普旋时坯料不同部位的应力应变状态不同,采用凹曲线轨迹,间隙为3.5 mm,首道次间距为9 mm,分6道次旋压成型效果好.同时在有限元数值模拟基础上,成功旋制了高精度试验件,说明有限元模拟对旋压具有很好指导意义.     

合金材料高低周复合疲劳寿命研究

就外物损伤对钛合金材料（TC4和TC11）高低周复合疲劳寿命的影响进行了试验研究[D].分别采用摆锤法和空气炮法模拟了叶片外物损伤,对比分析了两类损伤缺口的特征.进行了无损伤试样、损伤试样的疲劳试验,对比分析了外物损伤对钛合金疲劳寿命的影响.结果表明:摆锤冲击试验法模拟的损伤缺乏代表性,空气炮发射弹丸法模拟的损伤更接近真实情况;外物损伤导致钛合金高低周复合疲劳寿命严重下降,空气炮发射弹丸法模拟的损伤使钛合金的疲劳寿命从105下降到104量级.