本文關鍵詞：TC21復雜構件高效超塑成形技術的研究

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【摘要】：TC21是應用于現(xiàn)代航空航天領域的一種新型損傷容限型鈦合金,本文所研究的對象TC21鈦合金左推力銷支座是飛機的重要承力結構件之一,但其形狀復雜,在普通鍛造成形過程中材料利用率低下,組織性能無法滿足需求。怎樣才能完整并高效地成形損傷容限型鈦合金復雜構件已成為亟需解決的問題。本文提出的高效超塑等溫鍛造成形方法,與傳統(tǒng)的普通模鍛成形方法相比,不僅能滿足產(chǎn)品構件復雜的形狀要求,而且能有效地提高超塑性成形效率。該方法在航空復雜構件超塑成形的工程應用領域具有廣闊的應用前景。本文對供貨態(tài)的TC21鈦合金進行了一系列組織分析測試和超塑性力學性能研究,根據(jù)實驗結果構建了TC21鈦合金超塑性本構方程,還通過有限元軟件DEFORM進行超塑性拉伸和超塑性等溫鍛造數(shù)值模擬,獲取最佳變形參數(shù)。具體研究內(nèi)容如下:(1)對供貨態(tài)TC21鈦合金使用光學顯微鏡進行金相分析,使用掃描電鏡進行能譜測試獲得其元素成分含量,通過計算法得到其β轉變溫度為965℃。(2)在電子拉伸試驗機上對TC21鈦合金試樣在860℃-940℃進行了最大m值法、基于m值的高效法、應變速率循環(huán)法超塑性拉伸實驗,實驗結果表明,900℃溫度下:最大m值法的延伸率達到431.49%,變形效率為2.48;而高效法的延伸率為293.87%,所對應的變形效率卻達到了15.15,高效法較最大m值法來說變形效率提高了6.1倍。(3)在溫度為860℃-940℃范圍內(nèi)進行五組應變速率循環(huán)法超塑性拉伸實驗,利用了逐步回歸的方法,構建基于Arrhenius的TC21鈦合金超塑性本構方程,求出激活能為233.712kJ/mol。再通過1stOpt軟件回歸擬合進行本構模型的修正后,其計算值與實驗值的匹配度高達0.99。該本構方程可以精確地反映材料流動應力與應變、應變速率和變形溫度之間關系,還可作為有限元模擬條件。(4)設計超塑性等溫鍛件及模具,將有限元模型導入DEFORM-3D軟件,對左推力銷支座鍛件的成形過程進行數(shù)值模擬。模擬不同的參數(shù)條件和鍛造工藝方法對鍛造過程的影響,可獲得金屬流動變化規(guī)律、應力應變等參數(shù)變化和載荷曲線等。根據(jù)模擬結果優(yōu)化毛坯和模具,確定最佳成形方法,為TC21鈦合金左推力銷支座的實際鍛造工藝和模具設計提供有力依據(jù)。
【關鍵詞】：TC21 高效法 本構方程 超塑性 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V261
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 緒論9-20
• 1.1 引言9-11
• 1.2 選題依據(jù)、目的和意義11-13
• 1.2.1 選題依據(jù)11-12
• 1.2.2 選題目的12-13
• 1.2.3 選題意義13
• 1.3 損傷容限型鈦合金TC2113-15
• 1.4 普通鍛造及超塑性等溫鍛造的發(fā)展及其應用15-17
• 1.5 有限元鍛造模擬的研究概況17-18
• 1.6 本課題的創(chuàng)新點18-19
• 1.7 本課題的主要研究內(nèi)容19-20
• 第2章 實驗材料與實驗方法20-28
• 2.1 引言20
• 2.2 實驗材料及試樣制備20-23
• 2.2.1 實驗材料20-23
• 2.2.2 試樣制備23
• 2.3 實驗設備23-25
• 2.3.1 金相處理設備23-24
• 2.3.2 拉伸實驗設備24-25
• 2.4 超塑性拉伸實驗方案設計25-27
• 2.4.1 最大m值法超塑性拉伸實驗26
• 2.4.2 基于m值的高效法超塑性拉伸實驗26
• 2.4.3 應變速率循環(huán)法超塑性拉伸實驗26-27
• 2.5 本章小結27-28
• 第3章 超塑性拉伸實驗結果及分析28-40
• 3.1 引言28
• 3.2 超塑性拉伸實驗結果28-31
• 3.3 TC21鈦合金超塑性拉伸實驗結果分析31-33
• 3.3.1 溫度對TC21鈦合金流動應力的影響31-32
• 3.3.2 流動應力-真應變曲線32-33
• 3.3.3 高效法與最大m值法拉伸效率比較33
• 3.4 TC21鈦合金超塑性變形的本構關系研究33-39
• 3.4.1 建立基于Arrhenius型方程的TC21鈦合金本構方程34-37
• 3.4.2 本構關系的誤差檢驗及修正37-39
• 3.5 本章小結39-40
• 第4章 TC21左推力銷支座鍛件及其模具設計40-53
• 4.1 引言40-41
• 4.2 超塑性等溫鍛件設計41-46
• 4.2.1 超塑性等溫鍛件設計原則41-42
• 4.2.2 左推力銷支座精密鍛件設計42-46
• 4.3 超塑性等溫鍛造模具設計46-51
• 4.3.1 模具結構設計47-49
• 4.3.2 模具材料的選擇49-50
• 4.3.3 毛邊槽的設計50
• 4.3.4 模腔設計50-51
• 4.4 坯料計算51-52
• 4.5 閉式模鍛鍛件設計52
• 4.6 本章小結52-53
• 第5章 超塑性等溫拉伸與鍛造有限元模擬53-78
• 5.1 引言53
• 5.2 DEFORM數(shù)值模擬初始條件設置53-55
• 5.3 超塑性等溫拉伸數(shù)值模擬55-60
• 5.3.1 模型建立及參數(shù)設置55-58
• 5.3.2 模擬結果與實驗結果對比及分析58-60
• 5.4 開式模鍛超塑性等溫鍛造過程數(shù)值模擬60-76
• 5.4.1 不同因素對等溫鍛造模擬結果的影響60-69
• 5.4.2 不同鍛造方式對模擬結果的影響69-73
• 5.4.3 最佳工藝參數(shù)與鍛造方案優(yōu)化設計73-76
• 5.5 閉式模鍛超塑性等溫鍛造過程模擬76-77
• 5.6 本章小結77-78
• 第6章 結論與展望78-80
• 6.1 結論78-79
• 6.2展望79-80
• 參考文獻80-83
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文及參加科研情況83-84
• 致謝84-85

【共引文獻】

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中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

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本文編號：877710