TA15钛合金大型复杂整体构件预锻成形微观组织演化研究.pdf

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1、第4l卷第3期稀有金属材料与工程Vo1．41，No．32012笠3月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGMarch2012TA15钛合金大型复杂整体构件预锻成形微观组织演化研究左书鹏，孙志超，杨合，周稳静(西北工业大学，陕西西安710072)摘要：基于DEFORM一3D有限元平台建立了TA15钛合金大型复杂整体构件预锻成形过程的有限元模型，研究了成形参数对预锻成形过程中变形体组织演化和等轴8相晶粒尺寸的影响规律。结果表明：随着变形的进行，等轴a相晶粒发生细化；在950～980℃范围内变形时，随着变形温度的升高，初生相晶粒尺寸逐渐增大，在980℃

2、条件下变形时，预锻件整体范围内晶粒尺寸波动较大；随着变形速率的增加，初生相晶粒尺寸减小；在0．5和1．0mm／s条件下成形时，温度对晶粒尺寸影响比较小，而在0．1mm／s条件下变形时，随着温度的升高，晶粒长大比较严重；随摩擦因子的增大，平均晶粒尺寸有所减小，整个锻件晶粒尺寸分布的不均匀性增加。关键词：TA15钛合金；大型复杂整体构件；预锻成形；微观组织演化中图法分类号：TG146．23文献标识码：A文章编号：1002—185X(2012)03—041307为了满足航空航天构件高性能、高可靠性和轻量化行为的研究已经初步展开，HanGuanjtin等采用内化的要求，具有高筋、

3、薄腹板、形状复杂的钛合金大变量法建立了TA15钛合金微观组织演化模型，并结型整体构件由于其独特的优势而被广泛应用。然而由合有限元对TA15钛合金大型筋板件等温局部加载成于材料的难变形和构件大型、整体、结构复杂、大小形过程进行数值模拟，获得了变形过程中锻件不同分尺寸极端结合的特征，使得此类构件整体化成形和组区等轴相晶粒尺寸演化行为及其影响因素_4】。李志织控制十分困难，通常需要先预锻成形出满足几何形燕等人通过局部加载方式分析了TA15钛合金H形构状和组织性能要求的预锻件，再通过终锻成形得到最件成形过程中，过渡区宽度、加载道次以及温度等对终构件，因而预锻件的微观组织的优劣直接

4、决定着组织的影响ESl。然而，目前的工作主要集中在等温局TA15钛合金终锻件的组织和性能。钛合金大型复杂整部加载方式对终锻件晶粒尺寸的影响，而针对等温整体构件预锻成形过程中，材料从具有简单外形的初始体加载对大型复杂整体构件预锻成形过程中微观组织坯料到最终成形出外形复杂的预锻件经历了复杂的流演化影响的研究比较少，规律尚不明确。周稳静通过动，并伴随着动、静态回复和再结晶等一系列复杂的逆向修正方法实现了TAl5钛合金大型复杂整体构件组织演化。由于材料的微观组织直接决定了锻件的力预锻成形初始毛坯形状的优化_6】，本工作在此基础上，学性能，因此研究钛合金大型复杂整体构件预锻成形基于

5、DEFORM．3D有限元平台，以数值模拟为主，结过程中材料微观组织的演变具有重要的意义。合理论分析和实验，研究了TA15钛合金大型复杂整国内外学者对钛合金的微观组织演化开展了一定体构件预锻成形过程中变形温度、变形速率等工艺参的研究。BrunM等人分析了形变对高层错能钛合金微数对微观组织的影响规律，以获得合理优化的成形参观组织演变的影响【1]；WangBin等人开展了TA15钛数，为TA15钛合金大型复杂整体构件预锻成形工艺合金在(a+p)两相区和单相区恒应变速率等温压缩的确定提供依据和指导。试验，研究了合金的显微组织的变化规律【2]；唐泽等1有限元模型的建立人通过热模拟实

6、验研究了TA15钛合金在860～980℃范围内成形时初生相的变化规律I3]。目前，针对TA15图1a为钛合金大型复杂整体构件预锻件示意图。钛合金大型复杂预锻件等温加载成形过程微观组织演该预锻件基本呈左右对称形状。图1a为预锻件左半部收稿日期：2011-03—27基金项目：国家“973”项目(2010CB731701)；国家自然科学基金(50735005，50935007，50905145)；西北工业大学基础研究基金作者简介：左书鹏，男，1985年生，硕士生，西北工业大学材料学院，陕西西安710072，电话：029—88460212—802；通讯作者：孙志超，E—mail：

7、Zcsun@nwpu．edu．cn·414·稀有金属材料与工程第41卷生相的体积分数和晶粒尺寸对TA15钛合金的力学b性能起着决定作用【8]。本工作通过对变形过程中再结晶体积分数、位错密度以及平均晶粒尺寸(等轴相晶粒尺寸的平均值)的变化进行分析，研究TA15钛合金大型复杂整体构件预锻成形过程中微观组织的演化规律。。2结果与分析2．1预锻成形组织演变特征图l预锻件及预锻成形有限元模型]图2是在950℃／0．5mm·s条件下，变形过程中Fig．1Shapeofcomplexpreform(a)andFEmodel平均晶粒尺寸及再结