钛合金/不锈钢真空热轧连接变形规律研究

论文摘要

本文采用有限元模拟与实验相结合的方法,研究了真空热轧复合过程中钛合金与不锈钢的变形规律。并进一步讨论了变形与连接的关系以及热轧连接的根本原理,从变形角度预测了最优的轧制复合工艺参数。研究表明,TC4由于本身的加工软化特性,在发生搓轧时,易于变形集中,在板内部出现倾斜的高应变软化区,造成同一水平面上应变分布呈周期性波动变化;当TC4板内出现贯穿上下表面的高应变软化带时,金属板变形方式发生变化,客观上造成了变形抗力增大的现象。由于不锈钢没有加工软化现象,其同水平面内变形分布比较均匀,但是由于与TC4变形协调,因而靠近接触面趋于应变出现较小波动。Cu的加入使中间接触面中性点后移,TC4中搓轧区变小,因而应变波动周期变小。两种材料变形相差较大或者金属尾部由于尖端与轧辊作用产生较大变形时,都会引起金属大量向前流动,在其内部产生很大压应力,达到一定临界值以后,会出现失稳,造成结合面断开。轧制温度在755-805℃之间时,三种金属界面表面扩展率均比较大,界面法向压力也处于较高水平,因而是最适合轧制连接的温度。无中间层轧制时,由于在后续冷却过程中产生金属间化合物层以及很大的残余应力,因而总体强度比较低。铜中间层加入后,由于容易变形,其表面扩展率高,易于流动,因而有利于覆膜破裂和新鲜金属的结合。同时有效的防止了后续降温过程中出现的不利因素,总体强度较高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.1.1 钛及钛合金的应用
• 1.1.2 面临问题及解决方法
• 1.2 钛-不锈钢复合板的制备方法
• 1.2.1 爆炸复合法和爆炸连接-热轧法
• 1.2.2 扩散复合法
• 1.2.3 浇铸复合法
• 1.2.4 喷镀复合法
• 1.2.5 轧制复合法
• 1.3 双金属固相复合机理的研究
• 1.4 界面结合的影响因素
• 1.4.1 与金属本身相关因素的影响
• 1.4.2 与变形相关因素的影响
• 1.4.3 与扩散相关因素的影响
• 1.5 有限元法在轧制研究中的应用
• 1.6 课题的研究意义及研究内容
• 第2章 实验方法及有限元模型的设定
• 2.1 真空热轧连接实验方法
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设备及过程
• 2.2 有限元模拟条件的设定
• 2.2.1 热轧复合的特点
• 2.2.2 有限元模型的简化
• 2.2.3 咬入条件的建立
• 2.2.4 接触体的设定
• 2.2.5 初始条件和边界条件的设定
• 2.2.6 软件材料参数的确定
• 2.2.7 其余相关问题的处理
• 第3章 热轧过程中的变形规律
• 3.1 实验条件下材料性能与受力状态的特殊性
• 3.1.1 搓扎现象的存在与特点
• 3.1.2 钛合金的加工软化现象
• 3.2 稳定轧制区的变形规律
• 3.2.1 轧件水平方向的变形分布规律
• 3.2.2 水平方向应变变化原因分析
• 3.2.3 轧件厚度方向的变形分布规律
• 3.2.4 Cu中间层对变形的影响
• 3.2.5 热轧试验结果对比
• 3.3 轧制过程中对连接不利的变形
• 3.3.1 变形差别的影响
• 3.3.2 尾部变形的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 连接中变形的作用
• 4.1 影响连接的变形因素
• 4.2 表面扩展率的影响
• 4.2.1 表面扩展率的提取方法
• 4.2.2 无中间层轧制时的表面扩展率
• 4.2.3 Cu中间层轧制时的表面扩展率
• 4.3 连接面法向压力的影响
• 4.4 复合温度的影响
• 4.5 其他影响因素
• 4.6 实验结果对比
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢