TA15鈦合金徑軸向環(huán)軋全過(guò)程變形與組織演變.pdf

1、環(huán)件徑軸向輾軋是制造高性能鈦合金環(huán)件的先進(jìn)成形技術(shù)，在航空、航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為滿足鈦合金環(huán)件的高性能要求，需要同時(shí)獲得滿足精度要求的環(huán)件形狀和滿足使用要求的組織性能，即要實(shí)現(xiàn)鈦合金環(huán)件的成形成性一體化制造。然而，鈦合金環(huán)件徑軸向輾軋是多模具、多參數(shù)、多場(chǎng)耦合作用下的復(fù)雜動(dòng)態(tài)時(shí)變成形過(guò)程，并且該過(guò)程通常包含加熱、轉(zhuǎn)移、輾軋、冷卻等復(fù)雜的溫度和變形歷程，使得鈦合金環(huán)件成形和組織控制成為具有挑戰(zhàn)性的難題。為此，本文采用有限元數(shù)值模

2、擬、實(shí)驗(yàn)研究和理論分析相結(jié)合的方法，對(duì)TA15鈦合金環(huán)件徑軸向輾軋變形和組織演變進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　實(shí)驗(yàn)獲得了TA15鈦合金熱變形全過(guò)程的組織演變規(guī)律，并分別建立了相應(yīng)過(guò)程的組織演變模型。在溫降過(guò)程，初生等軸α相長(zhǎng)大速率隨溫降速度的增大而增大，但在相同的溫降范圍內(nèi)，低的溫降速度會(huì)導(dǎo)致較長(zhǎng)的冷卻時(shí)間，生成的初生等軸α相體積分?jǐn)?shù)和晶粒尺寸較大。在溫升過(guò)程，初生等軸α相溶解速率隨溫升速度的增大而增大，而在

3、相同的溫升范圍內(nèi)，低的溫升速度會(huì)導(dǎo)致較長(zhǎng)的溫升時(shí)間，最終的初生等軸α相體積分?jǐn)?shù)和晶粒尺寸較小。在壓縮變形過(guò)程，隨應(yīng)變速率的增大，初生等軸α相晶粒細(xì)化程度有所增大，而初生等軸α相體積分?jǐn)?shù)主要由變形溫度決定，變形過(guò)程對(duì)初生等軸α相體積分?jǐn)?shù)的影響較小。
　　確定了環(huán)件徑軸向輾軋中導(dǎo)向輥、芯輥和錐輥的運(yùn)動(dòng)與環(huán)件實(shí)時(shí)外徑、高度和厚度的關(guān)聯(lián)關(guān)系，進(jìn)而建立了多軋輥運(yùn)動(dòng)控制模型?；贏BAQUS有限元軟件，通過(guò)VUAMP子程序開發(fā)引入多軋輥運(yùn)動(dòng)控

4、制模型，并設(shè)置虛擬傳感器在線實(shí)時(shí)檢測(cè)環(huán)件外徑、高度和厚度，同時(shí)通過(guò)VUSDFLD和USDFLD子程序開發(fā)引入加熱、轉(zhuǎn)移、輾軋和冷卻階段的TA15鈦合金組織演變模型，實(shí)現(xiàn)了多軋輥反饋控制下鈦合金環(huán)件徑軸向輾軋全過(guò)程宏微觀有限元建模與仿真。并從宏觀變形和微觀組織兩方面實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了有限元模型可靠性。
　　探明了環(huán)坯軋比ψ和軸徑向變形量比k對(duì)TA15環(huán)件變形和組織演變的影響規(guī)律。結(jié)果表明，ψ較大同時(shí)k較小時(shí)，圓度誤差較大，而其他條件下的圓度

5、都較好；隨ψ增大，高度誤差和厚度誤差都增大，初生等軸α相晶粒尺寸分布均勻性變差，而初生等軸α相體積分?jǐn)?shù)分布均勻性先變好后變差；隨k增大，高度誤差減小而厚度誤差增大；ψ較大時(shí)，隨k增大，初生等軸α相體積分?jǐn)?shù)和晶粒尺寸分布均勻性都先變好后變差；ψ較小時(shí)，隨k增大，初生等軸α相晶粒尺寸分布均勻性變差而體積分?jǐn)?shù)分布均勻性變好。綜合考慮環(huán)件的圓度、截面質(zhì)量和組織，本文研究條件下確定的優(yōu)選環(huán)坯為：ψ約為1.7，k為0.3-0.7。
　　基于優(yōu)

6、選環(huán)坯，揭示了環(huán)坯加熱溫度T0、直徑增長(zhǎng)速度vD、軋制速度v1對(duì)TA15環(huán)件變形和組織演變的影響規(guī)律。結(jié)果表明，不同工藝條件下的環(huán)件圓度和高度誤差都較小，減小vD和增大v1能減小厚度誤差；T0決定了初生等軸α相體積分?jǐn)?shù)；提高vD能改善初生等軸α相晶粒尺寸和體積分?jǐn)?shù)的分布均勻性；增大v1能改善初生等軸α相體積分?jǐn)?shù)的分布均勻性，但使晶粒尺寸分布均勻性變差。綜合考慮環(huán)件的圓度、截面質(zhì)量和組織，確定優(yōu)選工藝參數(shù)組合為：T0約為相變點(diǎn)以下25℃，