TA15鈦合金大型航空結(jié)構(gòu)件成形特性與工藝研究.pdf

1、鈦合金作為當(dāng)代飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要選材之一，其應(yīng)用水平的高低甚至已成為衡量飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計選材先進程度的重要標(biāo)志之一。鈦合金對于減輕飛機整體結(jié)構(gòu)重量、提高結(jié)構(gòu)設(shè)計效率、改善結(jié)構(gòu)可靠性、提高機體壽命、滿足高溫和高載以及腐蝕環(huán)境要求等方面能夠發(fā)揮其他金屬無法比擬的作用。目前航空器上應(yīng)用的鈦合金結(jié)構(gòu)件正朝著整體化、大型化方向發(fā)展。而對于鈦合金，鍛造工藝是應(yīng)用最廣泛的成形方法，能夠通過變形和熱處理精確改變合金的顯微組織和性能。因此，研究大型鈦合金航空

2、結(jié)構(gòu)件的鍛造成形特性與工藝有著重要的現(xiàn)實意義。
　　 TA15鈦合金整框模鍛件是具有典型代表的大型鈦合金航空結(jié)構(gòu)件，通過研究TA15鈦合金的熱變形特性并結(jié)合鍛造生產(chǎn)工藝參數(shù)的優(yōu)化研究，可以為這類大型鈦合金結(jié)構(gòu)件的模鍛生產(chǎn)提供相關(guān)生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和工藝經(jīng)驗。
　　 為了研究TA15鈦合金的熱變形特性，本文首先利用Gleeble-1500D材料熱/力模擬試驗機對TA15鈦合金在800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、

3、1050℃溫度條件下采用應(yīng)變速率為0.01s-1、0.1s-1、1s-1、10s-1進行熱壓縮試驗，通過熱壓縮試驗數(shù)據(jù)分析了其高溫流變特性并建立了基于Arrhenius流動模型的本構(gòu)方程以及基于Fields-Backofen流動應(yīng)力方程及并加入了軟化因子的本構(gòu)方程；對建立的本構(gòu)方程進行了驗證和討論。
　　 基于動態(tài)材料模型加工圖的理論，采用TA15鈦合金高溫壓縮試驗數(shù)據(jù)建立了實驗條件下應(yīng)變?yōu)?.2、0.4、0.6時的熱加工圖，對

4、該合金的高溫變形能力進行了綜合分析，對熱加工工藝參數(shù)進行了優(yōu)化。
　　 運用塑性有限元分析軟件DEFORM-2D，對TA15鈦合金熱物理模擬壓縮實驗方案進行了模擬仿真。通過對TA15鈦合金韌性損傷力學(xué)行為的數(shù)值模擬研究，從材料臨界損傷因子角度探討了TA15鈦合金的加工工藝性能。確立了TA15鈦合金臨界損傷因子隨著變形溫度和應(yīng)變速率變化規(guī)律。
　　 針對TA15鈦合金大型整框模鍛件，采用數(shù)值模擬技術(shù)研究了其成形工藝過程。通

5、過對坯料外形、尺寸的的研究獲得了在對擊錘上模鍛的最佳工藝坯料方案。對鍛造成形過程中的鍛造溫度、打擊速度、變形載荷對鍛件成形的影響進行了全面分析，獲得了對鈦合金整框鍛造合理的工藝參數(shù)。通過采用基于熱壓縮實驗的本構(gòu)方程對整框鍛件數(shù)值模擬研究，驗證了該模型的可靠性。
　　 在基礎(chǔ)理論和數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上，對TA15鈦合金大型整框模鍛件在1MJ對擊錘上進行了試制。對鍛件坯料的工藝，模鍛工藝參數(shù)進行了驗證，通過對成形鍛件組織和力學(xué)性能的