基于平面压缩模型的TA15钛合金热旋组织性能预测

论文摘要

强力旋压由于其材料利用率高,成形的精度高,性能优良,所需设备吨位小而且成本较低等特点,在航空、航天及兵器工业等重要领域有着广泛的应用。而钛合金的薄壁回转体构件越来越多的采用旋压成形,但是目前钛合金的热旋压技术的研究多集中于如何提高成形的精度,而对旋压组织性能控制方面的研究较少,为实现钛合金热旋压的精确控性,急需开展相关研究。本文首先分析了旋压变形的机理,通过在RLE-800型数控旋压机上进行了TA15钛合金薄壁回转体构件的热旋压试验分析了旋压过程中组织的演变规律,研究表明:旋压变形主要是轴向伸长和径向压缩,切向变形与轴向相比较小,变形可近似看成平面变形。其次,在Instron-5500R电子万能试验机上利用自制模具进行TA15钛合金的平面热压缩试验,同时利用Image-Pro Plus 6.0图像分析软件对微观组织中的再结晶的体积分数、初生α相的尺寸等参数进行定量的表征,并测量了显微硬度的变化。结果表明:初生α相的尺寸随着变形温度的升高、变形程度的增加和变形速率的增加而不断的减小;再结晶的体积分数随着变形温度的升高、变形速率的增加和变形程度的增加而不断的增加;显微硬度随着变形温度的升高而不断的下降、随着变形程度和变形速率的增加而增大。同时对平面热压缩和热旋压组织性能进行了对比研究,研究表明:相同的变形条件下,两种试验方法得到的微观组织是相似的,两者的微观参数之间的最大误差在15%以内。最后基于BP人工神经网络采用MATLAB神经网络工具箱,建立了TA15钛合金热旋压变形的组织和性能的预测模型,该模型是3层（网络结构3×7×3）的神经网络模型（其中变形的温度、变形速率和变形程度作为网络的输入,初生α相的尺寸、再结晶的体积分数和显微硬度作为网络的输出）。分析表明该模型的预测误差小于14%,可以作为钛合金热旋压组织性能演变的预测模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 强力旋压技术的研究现状及发展趋势
• 1.3 TA15 钛合金的研究进展
• 1.3.1 TA15 钛合金的特点和应用
• 1.3.2 TA15 钛合金的研究现状
• 1.4 钛合金热变形行为研究
• 1.4.1 钛合金的热压缩变形研究
• 1.4.2 钛合金的旋压变形研究
• 1.5 热加工过程组织模拟的研究现状
• 1.6 课题研究的内容、目的和意义
• 第2章 试验研究方案
• 2.1 引言
• 2.2 试验原理
• 2.3 试验材料
• 2.4 试验方法
• 2.4.1 热压缩试验
• 2.4.2 热旋压试验
• 2.5 组织性能分析表征
• 2.5.1 金相显微组织观察
• 2.5.2 透射电子显微组织观察
• 2.5.3 显微硬度测试
• 2.5.4 微观参数分析测试
• 第3章 TA15 钛合金的热压缩和热旋压实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 TA15 钛合金筒形件热旋压显微组织分析
• 3.3 TA15 钛合金热压缩的显微组织分析
• 3.3.1 变形温度对显微组织的影响
• 3.3.2 变形程度对显微组织的影响
• 3.3.3 变形速率对显微组织的影响
• 3.4 变形参数对显微组织和性能影响的定量分析
• 3.4.1 变形参数对初生α相尺寸的影响
• 3.4.2 变形参数对再结晶体积分数的影响
• 3.4.3 变形参数对显微硬度的影响
• 3.5 TA15 钛合金热压缩变形和热旋压变形组织性能对比研究
• 3.6 结论
• 第4章 TA15 钛合金热旋压组织和性能的BP神经网络预测
• 4.1 引言
• 4.2 BP神经网络的数学思想和实现步骤
• 4.2.1 BP神经网络的数学描述
• 4.2.2 BP神经网络的实现步骤
• 4.3 MATLAB软件的神经网络工具箱
• 4.4 基于MATLAB的BP神经网络的实现
• 4.4.1 训练样本的采集
• 4.4.2 数据预处理
• 4.4.3 BP网络拓扑结构的设计
• 4.4.4 网络模型结构参数的设定
• 4.5 BP神经网络预测模型的测试分析
• 4.5.1 初生α相晶粒尺寸的预测结果
• 4.5.2 再结晶体积分数的预测结果
• 4.5.3 显微硬度的预测结果
• 4.6 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢