Ti40阻燃钛合金包套挤压过程数值模拟及其工艺优化

论文摘要

作为先进航空发动机亟需的关键结构材料，Ti40钛合金具有优秀的阻燃性能，其燃烧速率远低于其它高温钛合金，但其变形抗力大、工艺塑性低、热工艺窗口窄，热加工性能极差，制约了该合金的应用。本文以Ti40阻燃钛合金为研究对象，利用数值模拟方法分析了Ti40合金的包套挤压过程，研究结果可为Ti40合金的实际生产提供理论和技术指导。本文以Ti40合金为研究对象，利用数值模拟方法对该合金的包套挤压过程进行了研究，研究了挤压前的转料过程中Ti40合金坯料和包套的温度变化规律，分析了Ti40合金包套挤压过程中挤压温度、挤压速度、挤压比、模具结构、摩擦条件对温度场、等效应力场、等效应变场、变形力的影响规律，并对包套挤压工艺参数进行了优化。研究结果表明：不同变形条件下，Ti40合金坯料不同部位的温度均未出现明显下降；挤压工艺参数及模具结构、摩擦条件对包套挤压过程有明显的影响，采用适当的工艺条件可以减少冷硬层厚度，降低变形力，使金属流动更加均匀，有利于得到形状尺寸更为精确的产品。根据数值模拟结果可知，Ti40阻燃合金包套挤压最佳工艺条件为：挤压温度选1150℃，挤压速度选0.5mm/s，模具预热温度300℃，双锥模模角50°+55°。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钛合金概况
• 1.2.1 钛合金的发展与应用
• 1.2.2 阻燃钛合金的研究背景和现状
• 1.2.3 Ti40 阻燃钛合金介绍
• 1.3 钛合金挤压技术
• 1.3.1 挤压技术的发展概况
• 1.3.2 钛合金的挤压
• 1.4 塑性加工数值模拟技术概况
• 1.5 本文的研究内容及其意义
• 第2章 金属塑性成形数值模拟基础理论
• 2.1 刚（粘）塑性有限元基本原理
• 2.1.1 刚（粘）塑性材料的基本假设
• 2.1.2 塑性力学基本方程及边界条件
• 2.1.3 刚（粘）塑性材料的变分原理
• 2.1.4 刚（粘）塑性有限元法列式
• 2.2 热力耦合分析技术
• 2.2.1 传热学基本方程及边界条件
• 2.2.2 热传导中的变分原理及有限元求解列式
• 2.3 DEFORM软件介绍
• 2.4 本章小结
• 第3章 Ti40 阻燃钛合金包套挤压过程的数值模拟
• 3.1 模拟参数的确定
• 3.1.1 几何模型的建立
• 3.1.2 模拟所需Ti40 合金物理参数
• 3.1.3 Ti40 合金本构关系
• 3.1.4 摩擦边界条件
• 3.1.5 其它模拟条件设置
• 3.2 转料阶段的温度场模拟结果及分析
• 3.3 Ti40 合金包套挤压模拟结果及分析
• 3.3.1 挤压过程温度场分布
• 3.3.2 挤压过程应力场分布
• 3.3.3 挤压过程中的载荷变化
• 3.3.4 挤压过程金属流动行为
• 3.3.5 挤压后制件形状
• 3.4 本章小结
• 第4章 Ti40 阻燃钛合金包套挤压工艺优化
• 4.1 出炉温度对Ti40 阻燃钛合金包套挤压的影响
• 4.1.1 出炉温度对铸锭转料过程的影响
• 4.1.2 出炉温度对温度场的影响
• 4.1.3 出炉温度对应变及应力的影响
• 4.1.4 出炉温度对载荷的影响
• 4.1.5 出炉温度对坯料成型的影响
• 4.2 挤压速度对Ti40 阻燃钛合金包套挤压的影响
• 4.2.1 挤压速度对温度场的影响
• 4.2.2 挤压速度对应变及应力的影响
• 4.2.3 挤压速度对载荷的影响
• 4.2.4 挤压速度对金属流动的影响
• 4.2.5 挤压速度对坯料成型的影响
• 4.3 模具预热温度对Ti40 阻燃钛合金包套挤压的影响
• 4.3.1 模具预热温度对温度场的影响
• 4.3.2 模具预热温度对应变及应力的影响
• 4.3.3 模具预热温度对载荷的影响
• 4.3.4 模具预热温度对坯料成型的影响
• 4.4 摩擦因子对Ti40 阻燃钛合金包套挤压的影响
• 4.4.1 摩擦因子对温度场的影响
• 4.4.2 摩擦因子对应变及应力的影响
• 4.4.3 摩擦因子对载荷的影响
• 4.4.4 摩擦因子对坯料成型的影响
• 4.5 模角对Ti40 阻燃钛合金包套挤压的影响
• 4.5.1 模角对温度场的影响
• 4.5.2 模角对应变及应力的影响
• 4.5.3 模角对载荷的影响
• 4.5.4 模角对坯料成型的影响
• 4.6 总挤压比对Ti40 阻燃钛合金包套挤压的影响
• 4.6.1 总挤压比对温度场的影响
• 4.6.2 总挤压比对应变及应力的影响
• 4.6.3 总挤压比对载荷的影响
• 4.6.4 总挤压比对坯料成型的影响
• 4.7 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢