TC21鈦合金β鍛造組織的損傷容限性能分析研究.pdf

1、TC21 合金是一種具有高強(qiáng)、高韌、損傷容限型兩相（α+β）新型鈦合金，其具有優(yōu)異的損傷容限性能，熱變形是其主要的加工方式之一。不同的熱變形工藝參數(shù)，得到不同形態(tài)的微觀組織，其相應(yīng)的機(jī)械性能也隨之變化，因此，進(jìn)行微觀組織對損傷容限性能影響規(guī)律的研究，具有實(shí)際的工程應(yīng)用意義。本文針對β鍛造TC21 合金微觀組織與損傷容限性能之間關(guān)系進(jìn)行了相關(guān)研究，主要工作如下：
　　 首先，在分析和研究了傳統(tǒng)的損傷容限性能的研究方法的基礎(chǔ)上，本文

2、采用裂紋擴(kuò)展斷裂分析專用有限元軟件FRANC2D/L，參照其宏觀裂紋擴(kuò)展的模式，模擬β鍛造TC21 合金微觀組織的裂紋擴(kuò)展過程。
　　 其次，利用該軟件建立β鍛造TC21 鈦合金網(wǎng)籃組織的不同片層厚度的晶粒模型，從微觀的角度對疲勞裂紋的擴(kuò)展過程進(jìn)行模擬，分析在該過程中表征損傷容限性能的重要指標(biāo)：微裂紋擴(kuò)展速率da/dN、裂紋擴(kuò)展門檻值△ K th、斷裂韌性KIC 之間的關(guān)系。結(jié)果表明：相同實(shí)驗(yàn)條件下，隨著晶粒尺寸d的增大，△ K

3、 th 變大，da/dN 變快；采用分段模擬的方法得到疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，并進(jìn)行誤差和相關(guān)系數(shù)分析，吻合性較好。
　　 此外，對于β鍛造TC21 合金的復(fù)雜形狀零件有可能進(jìn)行后續(xù)的超塑成形加工，因此有必要研究該合金超塑成形的微觀組織對損傷容限性能的影響。建立β鍛造TC21 合金不同溫度下超塑性拉伸試樣的晶粒模型、模擬擴(kuò)展過程、分析其晶粒片層厚度對損傷容限性能的影響：隨著溫度的升高，晶粒發(fā)生聚集再結(jié)晶長大，d

4、a/dN 隨著片層尺寸的長大而升高，△ K th 亦變大；并分析了網(wǎng)籃組織片層結(jié)構(gòu)的斷裂韌性較高的原因。同時(shí)，將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，有一些出入，相關(guān)系數(shù)r 逐漸降低，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)結(jié)果是在非超塑變形的條件下獲得。
　　 通過上述的工作，得到如下結(jié)論：
　　 （1）模擬過程實(shí)現(xiàn)了微裂紋在各個(gè)擴(kuò)展階段的形狀及擴(kuò)展路徑的變化，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合，該方法可行；
　　 （2）在相同的模擬條件下，片層厚度在[1.18