TC18鈦合金熱變形行為與熱處理數值模擬.pdf

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

2、的制定。同時,鈦合金由于機加工、焊接等工序易于留下殘余應力,經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,經常在熱處理的時候施加工裝進行校形,即熱校形。熱校形的本質是應力松弛。目前,鈦合金構件的熱校形尚未實現(xiàn)精確控制,工裝施加的時間、大小主要憑經驗控制。通過應力松弛試驗得到其應力松弛方程,可以作為熱校形精確控制的基礎。另外,熱處理過程是一個多場耦合的復雜過程,通過試驗研究較為困難,通過數值模擬的方法,采用隨溫度變化的材料參數

3、進行非線性數值模擬,可得到較為精確的仿真結果。
　　本文主要研究了TC18鈦合金的熱壓縮變形行為及應力松弛行為,并進行了某航空用TC18鈦合金長直桿件的焊后熱處理數值模擬。
　　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℃間的高應變速率區(qū);動態(tài)再結晶可能發(fā)生的區(qū)域為在750℃-850℃應變速率為0.001s-1-0.01s-1及950℃-1000℃應變速率為0.1s-1-1s-1區(qū)域;適宜進行熱加工的區(qū)域為:700℃-850℃應變速率為0.001s-1-0.01s-1,850℃-950℃應變速率為0.01s-1-0.1s-1。對兩相區(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)生回復與再結晶;β相在溫度相對較低時主要發(fā)生再結晶,溫度升高時回復占主要部分。
　　原始態(tài)由于存在殘余應力,不能通過應力松弛試驗擬合得到應力松弛方程;去應力退火態(tài)的應力松弛曲線規(guī)律性較好,可得其應力松弛極限與溫度的關系為σ∞=224.3222+0.59101T+3.87119T2,650℃時其剩余應力與時間的關系為:04.05(4.05)tAetss-=+-,其中A=1.0334,τ=4.905