【摘 要】
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钛合金因其质量轻、耐腐蚀等优异性能,广泛用做发动机或汽轮机叶片及螺栓紧固件等关键部件的制造材料。钛合金属于难变形材料之一,其成形品质影响着钛合金产品的服役性能,而产品质量因其成形工艺、成形设备性能及材料特性的不同使产品的成形性和力学性能等方面有较大的差异。锻造是关键构件材料成形的主要方式之一,不同的锻造工艺和设备对锻件的性能有着不同的影响,选择合适的锻造成形方案对提升钛合金的服役性能非常重要。因此
【基金项目】
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国家自然基金项目(51775427)《锻造加工效应下的钛合金汽轮机叶片环境致裂及寿命预测研究》;
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钛合金因其质量轻、耐腐蚀等优异性能,广泛用做发动机或汽轮机叶片及螺栓紧固件等关键部件的制造材料。钛合金属于难变形材料之一,其成形品质影响着钛合金产品的服役性能,而产品质量因其成形工艺、成形设备性能及材料特性的不同使产品的成形性和力学性能等方面有较大的差异。锻造是关键构件材料成形的主要方式之一,不同的锻造工艺和设备对锻件的性能有着不同的影响,选择合适的锻造成形方案对提升钛合金的服役性能非常重要。因此,本文以TC4钛合金为研究对象,通过数值模拟和物理实验相结合的方式对两种常用锻造成形方法的锻件变形机理和相关力学性能进行分析研究,主要研究内容如下:(1)锻造中利用静压和冲击力使材料发生塑性变形,是工业领域中常用的两种方法,相对应的设备分别是液压机和锻锤。在对两类装备进行现场调研的基础上,进行了设备的技术特点和参数分析,选取了 1250t液压机和3t自由锻电液锤两种设备来进行TC4钛合金锻造塑性变形,同时确定了影响锻件质量的关键锻造工艺参数,为锻造实验方案的制定奠定基础。(2)在理论分析的基础上,进行了两种锻造塑性成形数值模型的建立,分析了 TC4钛合金塑性成形过程中不同锻造工艺参数对锻件等效应变和等效应力的影响。以不同的锻造工艺参数作为试验因素,以锻件的等效应变为评价指标设计正交试验,确定了不同锻造工艺参数对锻件等效应变的影响程度。(3)基于正交试验结果,获得了锻件等效应变分布均匀较好的锻造工艺参数组的同时,进一步对比分析了在同样的锻造工艺参数组下两种锻造方式对锻件等效应变和等效应力影响的差异性。结合数值模拟的结果确定锻造实验,通过物理实验进一步验证了两种锻造方案对TC4钛合金锻件力学性能的影响。本文研究结果表明,不同的锻造工艺相对应的锻造装备性能也不同,同时所获得的锻件的力学性能也有区别。这对于进一步研发高性能的锻造塑性成形制备平台具有一定的指导意义。
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