T C4钛合金框退火过程畸变与控制模拟仿真.pdf

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1、第４１卷第４期Ｖｏｌ畅４１Ｎｏ畅４２０１６年４月ＨＥＡＴＴＲＥＡＴＭＥＮＴＯＦＭＥＴＡＬＳＡｐｒｉｌ２０１６TC4钛合金框退火过程畸变与控制模拟仿真李世键，权纯逸，焦清洋，曲凤（沈阳飞机工业（集团）有限公司，辽宁沈阳１１０８５０）摘要：针对某ＴＣ４钛合金框退火畸变问题，采用模拟仿真方法研究了其在有、无外加约束两种状态下的退火过程。结果表明，无外加约束时零件端部将产生最大达１．５ｍｍ的翘曲畸变，无法满足设计要求；而在其翘曲端施加约束后，可将翘曲畸变控制在０．１５ｍｍ以内，满足设计要求。因此，施加适当的外加约束是控制钛合金退火过程畸变的有效手段。关键词：ＴＣ４钛合金；退火；模拟

2、仿真；畸变中图分类号：TG156．26文献标志码：A文章编号：0254-6051（2016）04-0190-03SimulationofdistortionandcontrollingofTC4alloyframeduringannealingprocessＬｉＳｈｉｊｉａｎ，ＱｕａｎＣｈｕｎｙｉ，ＪｉａｏＱｉｎｇｙａｎｇ，ＱｕＦｅｎｇ（ＳｈｅｎｙａｎｇＡｉｒｃｒａｆｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，ＳｈｅｎｙａｎｇＬｉａｏｎｉｎｇ１１０８５０，Ｃｈｉｎａ）Abstract：ＴｈｅｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｓｏｆＴＣ４ａｌｌｏｙｆｒａｍｅｗｉｔｈｏｒｗｉｔｈｏｕｔｅｘｔｅｒｎａｌｃｏｎｓ

3、ｔｒａｉｎｔｄｕｒｉｎｇａｎｎｅａｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｍａｎｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｗｈｅｎａｎｎｅａｌｉｎｇｗｉｔｈｏｕｔｅｘｔｅｒｎａｌｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｔｈｅｍａｘｉｍａｌｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｌｏｃａｔｉｎｇａｔｔｈｅｅｎｄｓｏｆｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｓ１．５ｍｍａｎｄｃａｎ摧ｔｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｍａｘｉｍａｌｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｏｆａｎｎｅａｌｉｎｇｗｉｔｈｅｘｔｅｒｎａｌｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｏｎｔｈｅｄｉｓｔｏ

4、ｒｔｉｏｎｌｏｃａｔｉｏｎｉｓ０．１５ｍｍａｎｄｓａｔｉｓｆｉｅｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ．Ｓｏ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇａｎｎｅａｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｓｉｍｐｏｓｉｎｇｐｒｏｐｅｒｅｘｔｅｒｎａｌｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｏｎｔｈｅＴＣ４ａｌｌｏｙｆｒａｍｅ．Keywords：ＴＣ４ａｌｌｏｙ；ａｎｎｅａｌｉｎｇ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ由于ＴＣ４钛合金具有优异的综合性能，其广泛应ＳＹＳＷＥＬＤ有限元分析软件为基础，建立了ＴＣ４钛合用于航空航天工业中的关键零部件，如飞机中的框、梁金的

5、数据库，为随后准确模拟ＴＣ４钛合金退火过程奠［１］类承力结构。此类零件的特点是结构复杂、尺寸相定了基础。为准确反映框零件多筋条、多腹面以及截差悬殊，加工过程通常需要进行适当的退火，以稳定零面尺寸相差悬殊的结构特点，网格划分采用四面体单件的结构与尺寸。然而，零件退火过程极易发生畸变，元，单元总数约为２万个，如图１所示。由图１可见，需要采用适当的控制措施。目前，控制措施往往由工模型较好地反映了框零件的主要结构特征，表明采用艺人员凭经验给出，但难以有效控制畸变，模拟仿真技的单元类型及数量较为适宜。依据实际生产工艺，钛术为解决此类问题提供了新思路。科技工作者已对合金框的初始温度设为

6、７１０℃，冷却方式为炉冷。［２-５］ＴＣ４钛合金热处理工艺、相析出过程进行了研究，获得诸多有益结论，而有关该合金热处理特别是退火过程畸变与控制方面鲜有报道。因此，本文以ＳＹＳＷＥＬＤ软件为基础，针对某关键航空用ＴＣ４钛合金框零件退火过程畸变进行研究，对比研究有、无外加约束两种状态下退火过程畸变，以期为实际生产过程提供指导。图１ＴＣ４钛合金框网格模型１退火过程有限元模型Ｆｉｇ．１ＭｅｓｈｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅＴＣ４ａｌｌｏｙｆｒａｍｅ通过整理分析文献［１］中该合金的材料数据，以首先模拟框零件在无外加约束力状态下的退火过收稿日期：２０１５-１０-２５程，依据模拟结果中的畸变量和部

7、位，确定施加约束力作者简介：李世键（１９８２—），男，博士，高级工程师，主要从事航空金属的大小、方向和位置，进一步模拟框零件在有外加约束材料热处理研究及应用，电话：０２４-８６５９４５４１；Ｅ-ｍａｉｌ：ｓｈｉｊｉａｎｌｉ２０１０＠１２６．ｃｏｍ力状态下的退火过程，对比分析两种状态下的退火doi：10．13251／j．issn．0254-6051．2016．04．042畸变。第４期李世键，等：ＴＣ４钛合金框退火过程畸变与控制模拟仿真１９１２模拟结果与分析（ｃ）中下半部分是零件不同约束条件下最终畸变云2．1温度场的演