鈦合金高溫變形時跨層次模型及數(shù)值模擬.pdf

1、數(shù)值方法、計算機技術(shù)與材料加工理論相結(jié)合，對材料加工過程進行計算機模擬，預(yù)測材料的成形、微觀組織、性能和質(zhì)量，進而實現(xiàn)加工工藝的優(yōu)化，有利于使材料熱加工由“技藝”走向“科學(xué)”，為材料熱加工技術(shù)的進步提供新的途徑。 材料在高溫變形時不僅宏觀力學(xué)性能會發(fā)生變化，內(nèi)部的微觀組織也會經(jīng)歷一系列變化，微觀組織的變化又影響材料的宏觀變形行為。從變形機理角度正確理解材料內(nèi)部的微觀組織演變與材料高溫變形過程及其二者之間的交互作用，建立既能揭示塑

2、性變形物理機制又能反映微觀組織演變與宏觀變形行為交互作用的跨層次模型是實現(xiàn)材料變形過程的變形-傳熱-微觀組織耦合數(shù)值模擬的基礎(chǔ)，而且能科學(xué)地理解高溫變形機理，為合理地確定鍛造加工工藝和控制鍛件質(zhì)量提供了科學(xué)依據(jù)。 本文以金屬高溫變形微觀機理為基礎(chǔ)，研究了微觀組織與變形參數(shù)間的關(guān)系，以位錯密度變化率為內(nèi)變量建立了金屬高溫變形時的微觀組織模型。并以TC6鈦合金為例對該模型的可靠性進行了測試，結(jié)果證明該模型預(yù)測精度高，可較好地描述鈦合

3、金高溫變形過程中的微觀組織演變行為。 對材料高溫變形物理機制進行了系統(tǒng)研究，以位錯強化機制與晶界強化機制為基礎(chǔ)，建立了鈦合金的塑性變形本構(gòu)方程。該方程不僅可以定量計算不同的基體相和不同變形機制對流動應(yīng)力的作用，而且可以反映微觀組織演變對宏觀力學(xué)行為的影響，因此可以作為跨層次數(shù)值模擬的媒介。以TC6鈦合金為例對該塑性變形本構(gòu)方程進行了驗證，結(jié)果證明該本構(gòu)方程預(yù)測流動應(yīng)力曲線可較好地描述TC6鈦合金高溫變形時的動態(tài)行為。 帶

4、阻尼臺葉片是航空發(fā)動機中一類重要且形狀復(fù)雜的零件，對葉片的精鍛過程進行三維數(shù)值模擬具有重要的理論意義和實用價值。將本文建立的反映變形與微觀組織演變交互作用的塑性變形本構(gòu)方程與傳熱分析相結(jié)合，建立變形-傳熱-微觀組織的有限元耦合模擬系統(tǒng)。應(yīng)用該系統(tǒng)對帶阻尼臺葉片的精鍛過程進行了三維數(shù)值模擬，分析了變形工藝參數(shù)包括變形溫度、變形速度、變形程度與摩擦條件對鍛件內(nèi)部應(yīng)變場、應(yīng)力場、溫度場和微觀組織場的影響，并對精鍛過程中的晶粒尺寸進行了計算。