钛铝合金开坯过程的数值模拟研究

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1、钢铁研究总院博士学位论文钛铝合金开坯过程的数值模拟研究姓名：司家勇申请学位级别：博士专业：材料学指导教师：张继20090501钢铁研究总院博：仁学位论文形量达85％两步锻造丌坯实验结果的必然性和偶然性，本博士论文将所建立的流变应力本构模型和变形组织预报模型嵌入商业化有限元模拟软件，对TiAl合金两步锻造丌坯效果进行了预测和实验验证。对比发现，有限元模拟预测的动态再结品体积分数与实测统计结果的误差最大为5．70％；动态再结晶晶粒尺寸与实测值的误差不大于1．621．tm，可见，所建立的组织预报模型基本可用。根据误差分析，对TiAI合会变形组织预报模型进行系数修证，

2、应用修J下后的组彭：预报模型预测的动念再结晶体积分数与实测统计结果的误差减小到不超过1．97％：动态再结晶晶粒尺寸与实测值的误差也减小至不大于O．35um，即系数修正进一步提高了有限元数值模拟预测结果的准确度。有限兀模拟表明，累积达85％变形量的两步锻造坯料中应变场、温度场、应变速度场的均匀程度已很高，坯料中90％以上区域的动态再结品体积分数已超过80％，因而，两步锻造累积变彤量达85％即可以达到理想的，I：坯效果有其必然性。本博士论文应川所建立的流变应力小构模型和商业化有限兀1：焚拟软件，分析了挤压模具半锥角和挤墟t：L；+JTiAI合金热挤压等效应变的影n

3、I甸，还进行了等通道弯角挤压模具内外圆角优化设计。有限元模拟表明，一定挤压比条件下，挤m棒材中等效应变的数值随模具半锥角增加而升高；等效应变的均匀性也随管半锥角的增加而增大，但半锥角达600后等效应变的均匀性随着半锥角的增人而略有降低。固定模具半锥角为600条件下，获得等效应变分布均匀的TiAl合会挤出棒材要求挤址比人于6，且挤压比愈大，应变的均匀程度愈高。应用有限元模拟优化设计的600半锥角模具成功的进行了TiAl合金两步挤压丌坯，获得的累积挤压比达14的挤压棒材宏观流线均匀，微观组织细小均匀、动态再结晶完全。经有限元模拟优化得出，TiAl合会经内角为5mm

4、、外角为4mm的等通道弯角挤压模具变形后具有较好的等效应变均匀性。本博士论文利用热压缩组织定量金相统计数据，以Matlab7．0软件构造了TiAI合金热变形组织预报的BP人工神经网络(Back．PropagationArtificialNeuralNetwork)模型，初步预测的动态再结晶体积分数与实测统计结果的平均误差低于2．26％，动态再结晶晶粒尺寸与实测值的平均误差则不高于0．22／-lm，与经验回归模型相比，已能更准确地预测TiAI合金高温变形过程中的组织变化，为实现TiAI合盒热变形组织准确的预报开辟了新的途径。关键词：变形TiAl合金；开坯工艺；有

5、限元数值模拟：组织预报钢铁研究总院博七学位论文Abstract?-TiAIalloyshaveattractedagreatdealofattentionfromtheaerospaceandautomobileindustrybecauseoftheirhighspecificstrengthandgoodoxidationresistanceatelevatedtemperatures．Inthelastdecades，thestudiesoncompositiondesignandtherelationshipsbetweenmicrostructure

6、sandpropertieshaveachievedthegreatprogress．ManyresearchesshowedthatmicrostructuresandthemechanicalpropertiesofwroughtTiAIalloycanbesignificantlyimprovedbythethermalmechanicaltreatment．Thereforethemethodsofcoggingdownhavebeenwidelyinvestigated．However，themicrostructurehomogeneityinwr

7、oughtTiAlalloyisnotyetsatisfiedduetotheanisotropyofcoarselamellarstructureincastingalloyandtheinadequateunderstandingoncoggingdowntechnology．ThoseallrestricttheengineeringapplicationofTiAlalloys．Thefiniteelementmethod(FEM)canbe毒1usedtosimulatetheprocessandprovideashortcuttoimproveth

8、ecoggingdownparamet