BT20钛合金旋压筒形件组织织构及性能研究

论文摘要

现代旋压技术是广泛应用于航空、航天、军工等金属精密加工技术领域的一种先进塑性成形工艺。强力旋压作为旋压技术的一个重要组成部分,它在制造精度高、长径比大的薄壁筒形零件加工中,显出了独特的优越性,己成为成形小批量、多品种回转型薄壁壳体零件的重要加工方法。由于筒形件强旋影响因素众多,目前中高强度钛合金大型薄壁筒形件强旋技术还存在很多不足。为了系统地研究强力旋压的成形规律,本文采用有限元数值模拟和试验相结合的方法研究薄壁钛合金筒形件强力旋压。通过对强力旋压过程的分析,有效地处理了旋轮加载和边界约束等条件,对坯料和芯模、旋轮进行了模型的离散化,建立了符合实际的三维有限元模型。本文使用ABAQUS/Explicit对BT20钛合金强力旋压过程进行了模拟,得到了强力旋压过程中的应力场和应变场分布。结果表明,旋压不同阶段、不同部位坯料的应力应变状态和变形方式不同。旋轮作用区是典型的三向压应力状态;除旋轮作用区外,其余区域沿环向均受拉应力;在轴向上已变形区和未变形区都受到压应力作用。分析了强旋变形时金属变形流动规律,揭示了强旋的变形特点,为后面组织性能分析打下基础。通过对钛合金不同坯料状态进行组织观察和性能测试为强旋旋试验提供了依据。在旋压试验过程中,分析了旋压工艺对成形零件质量的影响。本文也对BT20钛合金筒形件热强旋组织进行了分析,得到了旋压组织的演变规律。观察了不同道次坯料的金相组织,发现了坯料内外层组织的差别,得出了坯料流动规律。观察了不同道次内外层坯料织构,得到了旋压织构演变规律。进行旋压筒形件的力学性能实验,得到了坯料内层和外层沿轴向和切向的拉伸强度和延伸率的差别,得到了坯料组织和织构影响坯料性能的规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 旋压技术的研究现状及发展趋势
• 1.3 有限元在旋压领域的应用
• 1.4 钛合金的研究进展
• 1.4.1 钛合金的性能及特点
• 1.4.2 钛合金热成形研究进展
• 1.5 织构及其对材料性能影响的研究概况
• 1.5.1 变形织构试验研究法
• 1.5.2 织构测量与研究方法
• 1.6 课题研究的目的和意义
• 第2章 钛合金筒形件强旋数值模拟及结果分析
• 2.1 引言
• 2.2 几何模型建立
• 2.3 模拟工艺参数的选择
• 2.4 筒形件强力旋压数值模拟结果及分析
• 2.4.1 旋压筒形件坯料应力应变分布及分析
• 2.4.2 旋压筒形件坯料变形流动特点及分析
• 2.4.3 旋压筒形件坯料内外层应力应变分布及分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 BT20 钛合金旋压筒形件组织和织构演变研究
• 3.1 引言
• 3.2 BT20 钛合金筒形件强旋试验
• 3.3 BT20 钛合金旋压筒形件组织分析
• 3.3.1 BT20 钛合金坯料组织分析
• 3.3.2 BT20 钛合金强旋筒形件组织分析
• 3.4 BT20 钛合金强旋筒形件织构分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 BT20 钛合金强旋筒形件力学性能试验及分析
• 4.1 引言
• 4.2 BT20 钛合金筒形件力学性能试验
• 4.2.1 力学性能试验试样准备
• 4.2.2 BT20 旋压筒形件的力学性能试验及结果分析
• 4.3 试样断裂行为与塑性关系研究
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢