【摘要】：TC4(Ti-6Al-4V)鈦合金是一種典型的α+β雙相鈦合金。因其具有良好的機械性能和抗腐蝕性能而廣泛應用于石油、海洋和航空航天等領域。同時在高端制造產(chǎn)業(yè)目前仍需要大量鈦合金厚壁管作為復雜零件二次成型用坯料,特別是對雙態(tài)組織厚壁管(徑厚比低于5:1)存在迫切需求�，F(xiàn)階段TC4厚壁管大多采用擠壓穿孔工藝進行生產(chǎn),雖然可以獲得理想的微觀組織,但是其材料的利用率低于斜軋穿孔工藝,并且會造成一定的環(huán)境污染。在鈦合金厚壁管斜軋穿孔時普遍存在后卡現(xiàn)象以及毛管晶粒尺寸異常,綜合力學性能差等組織缺陷。本文針對以上問題,利用有限元模擬技術,深入分析了主要工藝參數(shù)對TC4厚壁管斜軋穿孔過程中后卡現(xiàn)象的影響,并實現(xiàn)了徑厚比為3.7的TC4雙態(tài)組織厚壁管的制備。主要結(jié)論如下:通過分析TC4厚壁管斜軋穿孔后卡試樣的宏觀形貌,發(fā)現(xiàn)后卡現(xiàn)象與穿孔過程中的內(nèi)擴徑量不足和不穩(wěn)定變形過程中的縮尾現(xiàn)象有關。因此,持續(xù)維持穿孔過程中適量內(nèi)擴展是預防后卡現(xiàn)象發(fā)生的關鍵。建立了TC4厚壁管斜軋穿孔剛塑性有限元模型。分析了直徑壓下率、送進角和頂前壓下率對內(nèi)擴徑量和后卡現(xiàn)象的影響規(guī)律。穿孔過程中的內(nèi)擴徑率隨著直徑壓下率和送進角的增加而增加,隨著頂前壓下率的增加先增大后減小。在直徑壓下率大于10%,送進角大于12°,頂前壓下率在6%~7%之間時,材料在穩(wěn)態(tài)軋制過程中的內(nèi)擴徑率大于6%,可有效避免穿孔過程中的后卡現(xiàn)象。借助正交試驗設計方法,分別從穿孔過程能否順利進行、變形均勻性和雙態(tài)組織控制三個方面對工藝參數(shù)進行優(yōu)化分析。確定最優(yōu)工藝參數(shù)為:送進角15°,直徑壓下率11%,頂前壓下率7%。利用最優(yōu)工藝參數(shù)在Φ60 mm錐形輥斜軋穿孔機上進行了TC4厚壁管斜軋穿孔試驗,無后卡現(xiàn)象發(fā)生,所得到的毛管徑厚比為3.75,毛管各部位組織分布均勻且均為雙態(tài)組織。本文的研究結(jié)果在斜軋穿孔法生產(chǎn)徑厚比小于5的TC4雙態(tài)組織厚壁管方面有一定進展,為鈦合金厚壁管斜軋穿孔提供理論依據(jù)和技術支持,對于實際的工業(yè)生產(chǎn)有重要的指導意義。
【圖文】：

西安建筑科技大學碩士學位論文迅速的發(fā)展，其品種繁多，用途廣泛。鈦合金的顯微組織及性能合金特別是（ +β）兩相鈦合金，顯微組織的多樣性與 →β 相變和關。其多樣性表現(xiàn)為 β 晶粒的大小、 析出相的形貌與尺寸、不同體積分數(shù)、 相與殘余 β 相的體積分數(shù)比例以及不同亞穩(wěn)相的可能遍引用和接受的是將鈦合金的顯微組織分為 4 類，即等軸組織、雙態(tài)織和魏氏組織，如圖 1.1 所示。

（Al）是基本組元，屬于 穩(wěn)定元素，可以保證材料在高溫條件下的性能。釩賦予合金熱處理強化的能力，并可以改善其塑性。釩（V）是 β 同晶型元素，不存在共析反應，，組織穩(wěn)定性良好。同時，釩也可以減少 Ti-Al 系合金形成2相的危險以及減輕鋁的偏析[24]。根據(jù) Ti-Al-V 相圖（見圖 1.2），TC4 合金處于 +β 相區(qū)， +β→β 轉(zhuǎn)變溫度為996 ℃±14 ℃。在平衡條件下，β 相占 7%~10%。圖中2相為 Ti3Al，γ 相為 TiAl，δ 相為 V5Al8。TC4 合金平衡組織由 相和 β 相組成，其形態(tài)為魏氏體 +β 和等軸 +β。在實際生產(chǎn)和使用條件下，還可能出現(xiàn)某些亞穩(wěn)定相。熱加工后的組織決定于變形溫度、變形程度以及隨后的熱處理工藝。在兩相區(qū)加工，變形程度小于 50%，不能將粗大的組織破碎，只有增大變形程度才能將原 β 晶界、 和 β 條破碎。熱軋溫度提高，組織由等軸狀態(tài)變?yōu)榫W(wǎng)籃狀或粗大魏氏體組織，同時屈服強度略有下降，斷裂韌性明顯提高[25, 26]。
【學位授予單位】：西安建筑科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG339

【參考文獻】

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本文編號：2594157