TA15鈦合金徑軸向環(huán)軋全過程變形與組織演變.pdf

1、環(huán)件徑軸向輾軋是制造高性能鈦合金環(huán)件的先進成形技術，在航空、航天等領域得到了廣泛的應用。為滿足鈦合金環(huán)件的高性能要求，需要同時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，即要實現鈦合金環(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、多場耦合作用下的復雜動態(tài)時變成形過程，并且該過程通常包含加熱、轉移、輾軋、冷卻等復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，本文采用有限元數值模

2、擬、實驗研究和理論分析相結合的方法，對TA15鈦合金環(huán)件徑軸向輾軋變形和組織演變進行了系統(tǒng)深入的研究，主要研究內容及結果如下：
　　實驗獲得了TA15鈦合金熱變形全過程的組織演變規(guī)律，并分別建立了相應過程的組織演變模型。在溫降過程，初生等軸α相長大速率隨溫降速度的增大而增大，但在相同的溫降范圍內，低的溫降速度會導致較長的冷卻時間，生成的初生等軸α相體積分數和晶粒尺寸較大。在溫升過程，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，低的溫升速度會導致較長的溫升時間，最終的初生等軸α相體積分數和晶粒尺寸較小。在壓縮變形過程，隨應變速率的增大，初生等軸α相晶粒細化程度有所增大，而初生等軸α相體積分數主要由變形溫度決定，變形過程對初生等軸α相體積分數的影響較小。
　　確定了環(huán)件徑軸向輾軋中導向輥、芯輥和錐輥的運動與環(huán)件實時外徑、高度和厚度的關聯關系，進而建立了多軋輥運動控制模型。基于ABAQUS有限元軟件，通過VUAMP子程序開發(fā)引入多軋輥運動控

4、制模型，并設置虛擬傳感器在線實時檢測環(huán)件外徑、高度和厚度，同時通過VUSDFLD和USDFLD子程序開發(fā)引入加熱、轉移、輾軋和冷卻階段的TA15鈦合金組織演變模型，實現了多軋輥反饋控制下鈦合金環(huán)件徑軸向輾軋全過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驗驗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TA15環(huán)件變形和組織演變的影響規(guī)律。結果表明，ψ較大同時k較小時，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相體積分數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，隨k增大，初生等軸α相體積分數和晶粒尺寸分布均勻性都先變好后變差；ψ較小時，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數分布均勻性變好。綜合考慮環(huán)件的圓度、截面質量和組織，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、直徑增長速度vD、軋制速度v1對TA15環(huán)件變形和組織演變的影響規(guī)律。結果表明，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相體積分數；提高vD能改善初生等軸α相晶粒尺寸和體積分數的分布均勻性；增大v1能改善初生等軸α相體積分數的分布均勻性，但使晶粒尺寸分布均勻性變差。綜合考慮環(huán)件的圓度、截面質量和組織，確定優(yōu)選工藝參數組合為：T0約為相變點以下25℃，