TC11鈦合金葉輪類復(fù)雜構(gòu)件等溫成形規(guī)律與數(shù)值模擬.pdf

1、鈦合金斜流葉輪是發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵受力構(gòu)件，對尺寸精度和組織性能要求很高。目前，我國該類零件主要由數(shù)控加工和化銑加工而成，材料利用率和生產(chǎn)效率很低，而且葉形內(nèi)部流線由于機(jī)械加工而被切斷，導(dǎo)致葉片性能大幅下降。因此，該類零件的制造技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于我國制造業(yè)發(fā)展的需求，成為制約我國航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展的瓶頸之一。本文采用物理模擬與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，將等溫成形和閉塞式成形技術(shù)相復(fù)合，整體精密成形出尺寸精度和性能均符合要求的TC11鈦合金葉輪

2、。該研究對于我國航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪類鍛件的研制、開發(fā)和生產(chǎn)，以及提高我國武器裝備制造水平有著重要的意義。
　　本文利用 Gleeble-1500型熱模擬實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了等溫恒應(yīng)變速率壓縮試驗(yàn)。分析了變形溫度、變形程度和應(yīng)變速率對 TC11鈦合金高溫流動(dòng)行為及組織演變的影響，揭示了其動(dòng)態(tài)變形機(jī)制，并建立了該合金在α＋β兩相區(qū)及β相區(qū)的熱變形本構(gòu)方程，為設(shè)備噸位選擇及有限元數(shù)值模擬提供了理論依據(jù)。基于動(dòng)態(tài)材料模型理論，在 TC11鈦合金高

3、溫壓縮試驗(yàn)基礎(chǔ)上建立了該合金的熱加工圖。結(jié)合對變形試樣的微觀組織觀察和表征建立了功率耗散系數(shù)η與熱加工參數(shù)的定量關(guān)系，以及η和熱變形機(jī)制及組織之間的內(nèi)在聯(lián)系。構(gòu)建了 TC11鈦合金在不同變形條件下的變形機(jī)制圖，確立了變形過程中片狀組織球化、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶、動(dòng)態(tài)回復(fù)的安全區(qū)間，以及發(fā)生絕熱剪切帶、微觀裂紋和不穩(wěn)定流動(dòng)的失穩(wěn)區(qū)間，獲得了該合金熱加工參數(shù)的最佳范圍，從而達(dá)到控制鍛件組織結(jié)構(gòu)與性能的目的。
　　為了深入分析葉輪成形過程中金屬的

4、流動(dòng)機(jī)理和變形規(guī)律，從而精確控制鈦合金葉輪復(fù)雜鍛件尺寸精度，建立了葉輪熱變形過程的熱力耦合三維剛粘塑性有限元計(jì)算模型，對帶有徑向扭曲葉片的TC11鈦合金葉輪整體精密成形過程進(jìn)行三維有限元模擬。揭示了鈦合金斜流葉輪的變形機(jī)理，預(yù)報(bào)成形質(zhì)量缺陷，為優(yōu)化 TC11鈦合金葉輪等溫精密鍛造熱力參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)尺寸奠定了理論基礎(chǔ)。
　　采用等溫成形和閉塞式鍛造復(fù)合技術(shù)，一次整體精密成形出尺寸精度符合要求的TC11鈦合金葉輪。為使鍛件順利脫模，采