ta15合金的超塑性及其应用研究

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1、摘要TA15合金是一种近α型钛合金，其半成品有薄板、厚板、棒材，具有较好的综合力学性能和工艺性能。然而，近几年国内外对于钛合金超塑性的研究主要集中在α+β两相钛合金上，对α和近α型钛合金的研究较少，而对近α型TA15合金的技术研究也并不多，因此，研究TA15合金的超塑性并指导其在工程方面的应用是很具有现实意义的。此外，由于TA15合金具有成形温度范围窄，局部容易过热，成形载荷较大等特点，给成形带来了较大困难，为了更好地理解TA15合金飞机隔框在成形过程中的变形规律及其影响因素，避免大量人力、物力和财力

2、的浪费，在研究的后期阶段，采用有限元技术对飞机隔框的等温锻造过程进行了模拟，为预测成形过程中的变形行为、可能产生的缺陷和确定最佳工艺参数等提供了理论依据。在VisualBasic环境下编写了超塑性拉伸控制软件的子程序，该控制软件能很好地实现对拉伸机的控制、实验过程中的数据采集、分析和处理，并具有绘制实时监控曲线等功能。最后，将各子程序整合后，形成了一套完整、高效的超塑性研究方法。随后，本文对TA15合金的超塑性进行了系统研究，在变形温度为850℃、900℃和950℃，分别采用最大m值法、应变速率循环法

3、和等应变速率法研究了工艺参数对流动应力、m值及其超塑性的影响，实验结果表明，由应变速率循环法分析得到的最佳应变速率可信度较高。TA15合金最佳的变形工艺参数为：温度-4-1900℃，应变速率1×10s，得到的延伸率为926%。在同样的温度下，采用最大m值法可获得延伸率为963%的超塑性。最后，根据实验得出TA15合金高温变形的应力-应变曲线，将该曲线输入到有限元软件中，并对TA15合金飞机隔框的超塑性等温锻造过程进行了三维变形模拟。研究了变形工艺参数，包括上模速度、摩擦等因素对零件成形过程中应力、应变

4、的影响，计算了各种变形条件下的位移-载荷曲线。研究结果表明，在摩擦因子同为0.3的条件下，上模速度0.001mm/s，0.01mm/s和0.1mm/s对应的最大载荷吨位分别为1647t、5331t和23474t。上述研究为TA15合金飞机隔框的等温锻造工艺的优化设计及质量控制提供了理论和技术上的支持。关键词：TA15合金，超塑性，控制系统，等温锻造，数值模拟-I-AbstractTA15Alloyisanear-αTitaniumAlloy,itssemi-manufacturedgoodsinclu

5、desheetmetal,thickboard,stick,andhavegoodcompoundmechanicalandprocesscharacteristic.However,theresearchofsuperplasticitywasmainlyfocusedontheα+βTitaniumAlloyathomeandabroad,andevenlessontheα-phaseTA15alloy.Therefore,itismeaningfultocarryonthesuperplasti

6、cresearchofTA15alloyandtheninstructitsengineeringapplication.Besides，ThedeformationoftheTA15alloyisdifficultbecauseofnarrowprocesswindow,localoverheatingandhighresistanceofdeformation.Tounderstandthedeformationbehaviorandtheeffectofprocessparametersonde

7、formationoftheTA15alloyduringhightemperatureforminganddecreasewastingoftime,manpowerandcost,inthefinalphaseoftheresearch,FEMtechnologywasadoptedinsimulatingtheisothermalforgingprocessofairplaneframe,whichcanprovidescientificfoundationforpredictingwhethe

8、rdefectsoccurringornotanddeterminingtheoptimalprocessparameters.SomesubprogramswerecompiledanddebuggedunderVisualBasicenvironmentforthecontrollingsystemofsuperplasticdrawing,theprogramcouldfulfillthetaskofcontrollingthedrawingmac