Ti-1023合金复杂结构件等温锻造过程的数值模拟

随着航空航天工业的迅速发展,飞机设计的结构效益和结构完整性的综合要求日益提高,这不仅给结构件的设计而且给结构件的选材提出了更高的要求,同时也对减少零件的制造成本提出了更高的要求。钛合金由于是强度,密度,塑性和韧性的良好结合体,因而成为了航空航天工业的重要选材。 Ti-1023合金属于亚稳定近β型钛合金,具有高强、高韧、高淬透性等特点,而且它的相变温度和锻造温度均较低,非常适合采用等温模锻方法制造复杂结构件。 本文在进行大量等温恒应变速率压缩试验的基础上,构造出了以Z-H参数表征的Ti-1023合金本构关系,所建立的本构关系可以很好地反映Ti-1023合金热态变形时的动态行为。 在应用Gegel所提出的稳定性判据的基础上,构造出了Ti-1023合金锻造热力参数稳定区,该图的建立为定量地评估Ti-1023合金锻件质量及其锻造工艺的优劣提供了条件。 有限元数值模拟已经逐渐发展成为研究锻造过程的有效工具。本文使用大型锻造专用软件MSC.Superform对Ti-1023合金复杂结构件等温锻造过程进行了模拟。研究了不同形状的原始坯料对模具型腔的填充能力以及填充规律、锻件内的应变分布均匀性、锻件内温度场的分布规律。在总结三维数值模拟结果的基础上,提出了最优坯料形状。 最后,本文运用QLF(Quality Loss Function)方法对所选择的工艺方案进行了定量评估。研究结果表明:采用不同的工艺方案成形所需的锻件时,以所设计的最优坯料所成形的锻件的组织和性能一致性最好。