TiAl合金包套锻造变形协调及数值模拟

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1、摘要摘要TiAl合金是一种新型高温结构材料，具有比重低、高温比强度高、抗氧化性能好等特点，是用于航空航天关键的理想材料，但是TiAl合金其本身的室温脆性及塑性低限制了其进一步发展。研究表明，使TiAl合金组织均匀细小能够改善TiAl合金组织性能。目前，常采用热机械处理工艺获得均匀细小的TiAl合金组织，一般包括：锻造、挤压等。TiAl合金锻造时，如操作不当，极易出现热塑性不足和开裂问题；而挤压工艺要求模具性能较高，造价较为昂贵，而且挤压后坯料不易拆卸，针对各工艺存在的缺陷提出了TiAl合金的包套镦粗工艺，该工艺易于在普通液压机上实现，并使

2、TiAl合金处于近等温锻造状态，可以有效地细化TiAl铸锭合金粗大的层片组织。本文以TiAl合金包套镦粗为主要研究内容，理论分析了TiAl合金的流变过程，研究了包套镦粗的力学状态，并给出了变形协调的概念和计算模型，计算了包套镦粗的变形力及变形协调时的壁厚值。利用DEFORM-3D有限元模拟软件，分析了不同壁厚、高径比下的TiAl合金包套镦粗的变形过程和变形应变场的云图状态，从而直观揭示了其变形协调性，发现TiAl合金在高径比为1:1，不同的壁厚(t=3mm、5mm及8mm)时，其变形均较为协调。高径比为2:1时，试样发生了不同程度的失稳。

3、通过TiAl合金的包套镦粗实验，分别选取TiAl合金的高径比1:1、1.5:1、2:1，包套壁厚为3mm、5mm、8mm，实验后发现高径比为1:1时，所选壁厚越大变形协调性越好。高径比为2:1时，试样发生了不同程度的失稳。通过实验与模拟结果对比，发现两者在高径比为1:1、1.5:1时是基本吻合的。关键词：TiAl；包套锻造；变形协调；数值模拟；高径比I河北科技大学硕士学位论文AbstractTiAlalloyisanewhigh-temperaturestructuralmaterial,characterizedwithlowdensi

4、ty,highstrengthandmodulus.AnditisconsideredasidealmaterialinAerospacefield.Howeveritsbrittlenessandbadplasticityatroomtemperaturemakeitdifficultforfurtherdevelopment.ItisfoundthatobtainingthefinerTiAlalloystructurecanimproveitscomprehensiveproperty.Nowadaysthermalmechanic

5、altreatmenttechniqueisusedtoacquirehomogeneousandmuchfinerstructure,whichincludesforgingandextrusion.WhenforgingTiAlalloy,ifoperatingunproperlyiteasilyleadstoshortageofthermoplasticityandcrack.WhenextrudingTiAlalloy,thepropertyofdiemustbegoodenoughtomeetsomestandardrequir

6、ement,andafterexperimentthesamplecannotbeeasilydissambled,whichcosthighly.BasedontheseshortcomingtheTiAlalloycanned-forgingisproposed,whichcanbeeasilydonewithcommenhydraulicpressandkeeptheTiAlalloyinthestateofnear-isothermalandcaneffectivelymakethecoarselamellaofTiAlalloy

7、ingotmuchfiner.BasedtheTiAlcanned-forgingasmaincontent,thispaperhasanalyseditsflowprocesstheoretically,studieditsmechanicalstate,presenttheconceptofdeformationcompatibilityandcomputationmodel,calculateddeformationforceandthickness.ofcan.ByFEMsoftwareDEFORM-3D,thecanned-fo

8、rgingproecessandeffectivestrainfieldunderdifferentthicknessandratioofheighttodiameter(H/D)havebe