TC21復(fù)雜構(gòu)件高效超塑成形技術(shù)的研究.pdf

1、TC21是應(yīng)用于現(xiàn)代航空航天領(lǐng)域的一種新型損傷容限型鈦合金，本文所研究的對象TC21鈦合金左推力銷支座是飛機(jī)的重要承力結(jié)構(gòu)件之一，但其形狀復(fù)雜，在普通鍛造成形過程中材料利用率低下，組織性能無法滿足需求。怎樣才能完整并高效地成形損傷容限型鈦合金復(fù)雜構(gòu)件已成為亟需解決的問題。本文提出的高效超塑等溫鍛造成形方法，與傳統(tǒng)的普通模鍛成形方法相比，不僅能滿足產(chǎn)品構(gòu)件復(fù)雜的形狀要求，而且能有效地提高超塑性成形效率。該方法在航空復(fù)雜構(gòu)件超塑成形的工程應(yīng)

2、用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文對供貨態(tài)的TC21鈦合金進(jìn)行了一系列組織分析測試和超塑性力學(xué)性能研究，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果構(gòu)建了TC21鈦合金超塑性本構(gòu)方程，還通過有限元軟件DEFORM進(jìn)行超塑性拉伸和超塑性等溫鍛造數(shù)值模擬，獲取最佳變形參數(shù)。具體研究內(nèi)容如下：
　　(1)對供貨態(tài)TC21鈦合金使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行金相分析，使用掃描電鏡進(jìn)行能譜測試獲得其元素成分含量，通過計(jì)算法得到其β轉(zhuǎn)變溫度為965℃。
　　(2)在電子拉

3、伸試驗(yàn)機(jī)上對TC21鈦合金試樣在860℃-940℃進(jìn)行了最大m值法、基于m值的高效法、應(yīng)變速率循環(huán)法超塑性拉伸實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，900℃溫度下：最大m值法的延伸率達(dá)到431.49％，變形效率為2.48；而高效法的延伸率為293.87%，所對應(yīng)的變形效率卻達(dá)到了15.15，高效法較最大m值法來說變形效率提高了6.1倍。
　　(3)在溫度為860℃-940℃范圍內(nèi)進(jìn)行五組應(yīng)變速率循環(huán)法超塑性拉伸實(shí)驗(yàn)，利用了逐步回歸的方法，構(gòu)建基于A

4、rrhenius的TC21鈦合金超塑性本構(gòu)方程，求出激活能為233.712kJ/mol。再通過1stOpt軟件回歸擬合進(jìn)行本構(gòu)模型的修正后，其計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的匹配度高達(dá)0.99。該本構(gòu)方程可以精確地反映材料流動(dòng)應(yīng)力與應(yīng)變、應(yīng)變速率和變形溫度之間關(guān)系，還可作為有限元模擬條件。
　　(4)設(shè)計(jì)超塑性等溫鍛件及模具，將有限元模型導(dǎo)入DEFORM-3D軟件，對左推力銷支座鍛件的成形過程進(jìn)行數(shù)值模擬。模擬不同的參數(shù)條件和鍛造工藝方法對鍛造過