鈦合金組織的多樣性及加工技術(shù)

鈦合金通常需要在β單相區(qū)或α+β兩相區(qū)進(jìn)行熱加工來(lái)獲得具有一定組織和性能的產(chǎn)品。而熱加工參數(shù)的選擇對(duì)鈦合金的加工性能與顯微組織都產(chǎn)生重要的影響。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)在鈦合金熱加工領(lǐng)域的研究日漸增多，其中熱模擬技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)在鈦合金熱變形機(jī)制和組織演變規(guī)律方面的應(yīng)用尤為突出。

鈦合金因其低密度、高比強(qiáng)和抗蠕變性等優(yōu)異性能，在航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。鈦合金具有延展性低、變形抗力大和各向異性明顯等特點(diǎn)，因此鈦合金對(duì)熱變形工藝參數(shù)十分敏感。本文介紹了物理模擬技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)及其在鈦合金熱加工領(lǐng)域的應(yīng)用。重點(diǎn)闡述了模擬技術(shù)在鈦合金熱變形機(jī)制、預(yù)測(cè)和控制缺陷產(chǎn)生和微觀組織演化方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了目前鈦合金熱成形模擬中有待解決的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)。

伴隨傳統(tǒng)的塑性加工技術(shù)和現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)全方位的密切結(jié)合，傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法迅速而有效地被模擬式設(shè)計(jì)所代替。在設(shè)計(jì)和確定塑性成形工藝前，須有一定的預(yù)測(cè)性數(shù)據(jù)或結(jié)果，通常需要進(jìn)行工藝模擬。這種在實(shí)際生產(chǎn)前的模擬一般分為物理模擬和數(shù)值模擬。熱模擬技術(shù)的典型應(yīng)用。1.眾多學(xué)者利用熱/力模擬試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同類型的鈦合金進(jìn)行了熱壓縮變形實(shí)驗(yàn)，獲得了材料的流動(dòng)應(yīng)力曲線即應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。流動(dòng)應(yīng)力曲線反映了流動(dòng)應(yīng)力與變形工藝參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系，同時(shí)，也是材料內(nèi)部組織變化的宏觀表現(xiàn)。徐文臣[3]等在熱模擬機(jī)上進(jìn)行了恒應(yīng)變速率壓縮變形試驗(yàn)，研究TA15鈦合金的動(dòng)態(tài)熱變形行為，計(jì)算了材料的變形激活能Q并觀察了熱變形組織。在α相區(qū)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是材料的主要軟化機(jī)制，而在β相區(qū)軟化機(jī)制則以動(dòng)態(tài)回復(fù)為主。隨著變形速率的降低。2.數(shù)值模擬技術(shù)的典型應(yīng)用。由于數(shù)值模擬技術(shù)使得鈦合金熱加工工藝過(guò)程可以真實(shí)地在計(jì)算機(jī)上再現(xiàn)，所以企業(yè)生產(chǎn)者和科研工作者都利用此技術(shù)研究理想工藝參數(shù)與相應(yīng)組織、力學(xué)性能的關(guān)系，達(dá)到優(yōu)化現(xiàn)行生產(chǎn)工藝和降低新產(chǎn)品、新工藝、新材料研制成本的目的。邵暉[11]等研究了片狀組織TC21鈦合金在兩相區(qū)鍛造過(guò)程中的α相演變。www.diytenantscreening.com模擬分析了鍛造過(guò)程中溫度場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)的變化規(guī)律并定量分析了α相的形貌變化越小, 形貌趨于球化。結(jié)果表明, 應(yīng)變場(chǎng)與溫度場(chǎng)影響片狀相演變, 在較低的應(yīng)變條件下, 鍛料邊部由于溫度降低較快, 再結(jié)晶充分，鍛料中心位置溫度較高。

鈦合金顯微組織的多樣性與鈦合金多工序的生產(chǎn)過(guò)程以及各工序過(guò)程的多樣性有著規(guī)律性的聯(lián)系。這種復(fù)雜聯(lián)系決定了傳統(tǒng)方法很難對(duì)鈦合金組織與性能進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制。隨著近年計(jì)算機(jī)與數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，微觀組織數(shù)值模擬方法成為獲得主要工藝參數(shù)對(duì)熱成形工件宏觀和微觀組織影響的定量關(guān)系的有力工具。采用數(shù)值模擬技術(shù)再現(xiàn)微觀組織的演化過(guò)程，不僅可以加深理解組織變化機(jī)理，促進(jìn)現(xiàn)有理論的發(fā)展，而且可以改善材料組織結(jié)構(gòu)和優(yōu)化材料的制備工藝，從而獲得材料預(yù)期的力學(xué)能。