【摘 要】
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TC18钛合金因其良好的力学综合性能,目前已经成为航空领域热点研究的材料,经常被大量应用于飞机的承力构件上。由于TC18钛合金在高温热加工过程中变形抗力较大,尤其对热变形参数敏感,使得该合金塑性变形困难从而导致产品出现缺陷,例如扭曲、开裂,或者疲劳强度低等等。因此,本文对TC18钛合金的流变行为、本构模型和热加工图方面进行研究,对掌握该合金热变形行为以及优化热加工工艺,有着一定的理论意义,并且可实
【基金项目】
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陕西省科技厅重点项目（2020GY-121）
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TC18钛合金因其良好的力学综合性能,目前已经成为航空领域热点研究的材料,经常被大量应用于飞机的承力构件上。由于TC18钛合金在高温热加工过程中变形抗力较大,尤其对热变形参数敏感,使得该合金塑性变形困难从而导致产品出现缺陷,例如扭曲、开裂,或者疲劳强度低等等。因此,本文对TC18钛合金的流变行为、本构模型和热加工图方面进行研究,对掌握该合金热变形行为以及优化热加工工艺,有着一定的理论意义,并且可实际应用性的程度高。具体研究内容如下:首先,根据各变形条件下的高温热压缩实验获得的数据,建立TC18钛合金的真应力-真应变曲线。根据曲线分析流变应力在热变形过程中的变形规律,并描述其变形机制。应变速率固定不变时,随着温度升高,真应力-真应变曲线中的流变应力明显降低;当变形温度固定不变时,随着应变速率升高,曲线中的流变应力也随之上升,结果表明TC18钛合金的流变应力对温度和应变速率都具有敏感性。TC18钛合金在热变形的过程中,主要变形机制为加工硬化、动态回复以及再结晶,提高温度或降低应变速率,合金的变形机制则从动态回复转为动态再结晶。其次,基于真应力-真应变曲线,分别采用两种方法构建TC18钛合金的热变形本构模型。一是利用Arrhenius方程并引入Z-H参数,以此描述TC18钛合金流变应力与变形参数相互间的本构关系,计算出该合金的热变形激活能Q。二是使用BP神经网络构建TC18钛合金的热变形模型,利用遗传算法对神经网络模型的权值、阈值进行优化。通过两种模型进行预测TC18钛合金的流变应力,并对比分析流变应力的预测值和实验值,利用相关系数（R）以及平均相对误差（AARE）验证两者的准确程度,结果表明使用遗传算法优化后的BP神经网络模型预测性能更好,而Arrhenius本构方程更具有实用性。最后,基于动态材料模型（DMM）和流变失稳判据,建立TC18钛合金的功率耗散图、失稳图,最终合成热加工图。热加工图的结果表明,TC18钛合金在热加工过程中,失稳区通常在变形温度低和应变速率高时发生,并且失稳区随应变增大而增大。随着变形温度的升高和应变速率的降低,合金的功率耗散因子增大。
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