钛合金塑形成型
矿产
矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。
钛合金成型方法
钛合金成型方法钛合金是一种具有优异性能的金属材料，被广泛应用于航空航天、船舶制造、汽车制造等领域。
钛合金的成型方法对于其性能和应用起着至关重要的作用。
本文将介绍几种常用的钛合金成型方法。
一、锻造成型锻造是一种常用的钛合金成型方法，其通过对钛合金进行加热，然后施加压力使其改变形状。
锻造可以分为自由锻造和模锻造两种方式。
自由锻造是将钛合金材料放置在锻模中，通过锤击或压力使其改变形状。
模锻造是将加热后的钛合金放置在预先设计好的模具中，通过模具施加压力，使其得到所需的形状。
锻造成型可以在较高温度下进行，有利于提高钛合金的塑性和成形性能，得到良好的成品。
二、轧制成型轧制是一种常用的钛合金板材成型方法。
通过将加热后的钛合金坯料放置在轧机中，通过辊轧的方式使其改变形状。
轧制成型可以得到具有一定厚度和宽度的钛合金板材，广泛应用于航空航天领域的结构件制造。
轧制成型的优点是可以大批量生产，成本相对较低，但对于板材的厚度和宽度有一定限制。
三、拉伸成型拉伸是一种常用的钛合金线材成型方法。
通过将加热后的钛合金坯料放置在拉伸机中，施加拉力使其变形成线材。
拉伸成型可以得到直径较小且长度较长的钛合金线材，广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。
拉伸成型的优点是可以得到高强度的线材，但对于线材的直径和长度也有一定限制。
四、挤压成型挤压是一种常用的钛合金型材成型方法。
通过将加热后的钛合金坯料放置在挤压机中，通过挤压头施加压力使其变形成型材。
挤压成型可以得到具有复杂截面形状的钛合金型材，广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。
挤压成型的优点是可以得到高精度的型材，但对于型材的尺寸和形状也有一定限制。
钛合金成型方法包括锻造成型、轧制成型、拉伸成型和挤压成型。
不同的成型方法适用于不同的钛合金产品，可以根据实际需求选择合适的成型方法。
钛合金的成型过程需要严格控制温度、压力和速度等参数，以确保最终产品的质量和性能。
随着科技的不断进步，钛合金成型方法也在不断发展，为钛合金材料的应用提供了更多可能性。
钛合金超塑成形工艺方法研究
钛合金超塑成形工艺方法研究摘要：针对钛合金板材在常温下弹性大、成形困难的问题，提出了一种利用钛合金在高温下具有超塑性的特征进行超塑成形的工艺方法。
本文以TC4材料板材零件为研究对象，详细介绍了钛合金超塑成形（气胀成形）的具体工艺实施过程以及工艺参数的设置等，为超塑成形工艺的应用提供了指导规范。
关键词：钛合金板料；超塑成形；工艺流程；工艺参数0引言钛合金具有抗疲劳、比强度高、耐腐蚀耐高温、一定的形状记忆性能、优越的力学性质、化学性质稳定等优点[1]，随着航空航天技术的发展，钛合金在航空航天领域的应用范围不断扩展，钛合金结构件越来越呈现出大尺寸、薄壁曲面、变厚度和整体结构的趋势，进一步提高了航空航天飞行器的性能、结构刚性，减轻了重量，因此钛合金成形技术也成为航空航天制造技术的研究重点。
超塑成形技术是利用材料的超塑性来成形零件的一种工艺方法（在本文中超塑成形是指板材的气胀成形），它具有成形的零件结构设计自由度大、所需模具结构简单、所需成形设备吨位小投资少等特点，因此用超塑性气压胀形可以进行整体设计，减少工序和工装数量，降低工时和费用。
1材料控制按本文进行超塑成形工艺时，TC4钛合金板材的规格、化学成分、室温和高温机械性能及供货条件应符合GB/T 3621-2007的要求，Ti-6Al-4V钛合金板材的规格、化学成分、室温和高温机械性能及供货条件应符合AMS 4911的要求，且应有材料合格证。
成形前应检查表面质量，不允许材料表面存在起皮、夹杂物及超过标准要求的划伤、压痕、裂纹等缺陷。
运输和存放过程中应注意防止表面划伤。
超塑成形时需要用到辅助材料，主要包括清洗剂、保护涂料（包括润滑剂）等。
常用的清洗剂包括丙酮、无水乙醇、金属清洗剂等，其主要作用是清除表面油污。
保护涂料主要包括高温漆、氮化硼、胶体石墨、润滑剂等，其主要目的是在零件成形时起到润滑作用和加热时起到防止（减轻）材料表面氧化作用。
所选辅助材料不应对钛合金零件产生有害影响，并符合相应的国家标准、行业标准或专用技术标准，若无相关标准的新型辅助材料，则采取试用可行的材料，辅助材料应有生产厂家质量保证单或合格证。
钛(合金)材塑性成形工艺之锻造---乘钒钛文化之风 创钒钛产业之都
钛（合金）材塑性成形工艺之锻造---乘钒钛文化之风创钒钛产业之都原创邹建新范兴平杨英丽教授等钛（合金）材塑性变形加工的一般工艺流程如图 4.10.2所示，通过塑性变形可以加工出的钛（合金）材品种有：板材、棒材、锻件、管材、带材、型材、箔材、丝材及各种铸件、异型管件、粉末冶金件等等。
钛材塑性成形方法和钢材等一样，也主要采用轧制、挤压、拉伸及锻造等四种基本方法。
在这四个基本方法中，锻造是必不可少的，铸锭的开坯是首先要进行的工序，即钛的每种塑性成形均需首先使用的方法。
其余的几种方法中，轧制用得较多，挤压主要用作管坯及型材的制造，拉伸主要应用在丝材的制备方面。
1. 锻造原理钛的锻造是指在水压机、快段机、汽锤、各种锻造机床上对钛金属坯料施加外力，使其产生塑性变形，达到改变尺寸、形状及改善组织性能的目的。
用以制造机械零件、工件、工具或毛坯的成形加工方法。
然而，钛及钛合金冷变形困难，所以，在加工钛及钛合金产品时，通常需要经过热加工方法变形成各种坯料和锻件，其中，钛合金的锻造加工是一种应用较普遍的方法。
这是因为锻造不仅可以达到尺寸和形状跟产品接近，而且也能改善钛合金组织从而提高其性能。
根据在不同的温度区域进行的锻造，针对锻件质量和锻造工艺要求的不同，可分为冷锻、温锻、热锻三个成型温度区域。
原本这种温度区域的划分并无严格的界限，一般地讲，在再结晶的温度以上区域的锻造叫热锻，不加热在室温下的锻造叫冷锻，加热到再结晶的温度以下（≤700℃）的锻造叫温锻。
因为钛合金的室温变形抗力大、屈强比高，锻造易开裂，一般不进行冷锻。
图4.10.2 钛材料塑性成形工艺流程图钛合金在700℃以下锻造，氧化皮形成较少，只要控制好温度区间、变形率并保证润滑，700℃以下的温锻可以获得较好的尺寸精度。
热锻时，由于变形能和变形阻力都很小，可以锻造形状复杂的锻件。
坯料在冷锻时要产生变形和加工硬化，使锻模承受高的荷载，因此，需要使用高强度的锻模和采用防止磨损和粘结的硬质润滑膜处理方法。
基于钛合金超塑成形工艺与应用
I ndustry development行业发展基于钛合金超塑成形工艺与应用刘 富1，程 旭2摘要：近年来，基于飞机、船舶、发动机等制造行业的迫切需要，国内外提出了对制造材料和制造技术的新的时代发展要求，同时也迎来了新的挑战和机遇。
世界许多国家逐渐意识到了钛合金金属材料在航空航天中的重要作用。
作为科技快速发展的国家，我国对于钛合金材料也采取了鼓励研究和开发的政策。
因此，本文立足于钛合金的角度，阐述了钛合金的超塑成形工艺和应用。
关键词：钛合金；超塑成形；工艺；应用钛合金在制造飞机中是不可或缺的材料，其在我国的航空航天行业中占据着重要的地位。
从七十年代开始，中国就一直在对钛合金进行研究和创新。
目前，国内已经有多家从事钛合金超塑成形研究的机构。
在多年的发展和努力下，钛合金的超塑成形工艺得到了良好的创新和发展，并被广泛应用于军用和民用领域。
这一发展不仅促进了军事制造方面的发展，同时也对经济产生了积极的推动作用。
1 钛合金概念1.1 钛合金的定义钛是一种在20世纪才被广泛发现并使用的金属矿物。
它的密度为4.51g/cm3，熔点将近2000℃。
这种金属在自然界中分布较广，占据了地球地壳质量的百分之六。
钛是金属元素中含量第十高的，全球储量是铜的几十倍。
钛合金是由钛为基础元素与其他元素混合而成的一种合金。
它具有抗高温、高强度和抗腐蚀等优良性能。
因此，钛合金被世界各国广泛应用于航天航空、轮船、汽车以及其它工业领域中，成为重要的组成部分。
1.2 钛合金的特性1.2.1 密度小、强度高、比强度较大钛的密度为4.51g/cm3，是普通钢密度的一半，强度比铝要大近三倍。
此外，钛合金的强度是常用工业金属合金中最大的。
它的强度可与铁碳合金相媲美。
钛合金的强度甚至远远超过不锈钢、铝合金、镁合金等合金。
因此，它在航空航天、飞机和导弹建造等领域中是不可或缺的金属结构材料，常常被视为理想的材料。
1.2.2 抗腐蚀性较为优异金属钛合金的钝性关键在于氧化膜的形成。
钛合金超塑成型工艺
钛合金超塑成型工艺引言：钛合金是一种具有轻质、高强度、耐腐蚀性能的材料，广泛应用于航空航天、能源、医疗和汽车等领域。
钛合金的加工方法有很多种，其中超塑成型工艺是一种重要的加工方法。
本文将介绍钛合金超塑成型工艺的原理、优势和应用。
一、钛合金超塑成型工艺的原理钛合金超塑成型是通过将钛合金加热至高温状态下，使其具有较高的塑性，然后将其置于特定的模具内，施加压力进行成型。
这种成型方法可以在较低的应力和变形条件下实现复杂形状的成型，同时保持材料的完整性和性能。
二、钛合金超塑成型工艺的优势1. 高度精密：钛合金超塑成型可以实现复杂形状的精确成型，减少后续加工工序，降低了生产成本。
2. 节约材料：由于超塑成型可以使钛合金在较低的应变条件下实现成型，减少了材料的浪费。
3. 优异性能：超塑成型过程中，钛合金的晶粒得到细化，提高了材料的强度和耐腐蚀性。
4. 节能环保：超塑成型可以降低加工过程中的能量消耗，减少废料和污染物的产生。
三、钛合金超塑成型工艺的应用1. 航空航天领域：钛合金超塑成型被广泛应用于航空航天部件的制造，如发动机叶片、机翼外壳等。
超塑成型可以实现复杂形状的薄壁结构，提高了航空器的性能和燃油效率。
2. 汽车工业：超塑成型可以制造汽车零部件，如车身外壳、座椅骨架等。
钛合金的轻质和高强度使汽车更加节能环保，并提高了车辆的安全性能。
3. 医疗领域：钛合金超塑成型可以制造医疗器械和人工关节等医疗器械。
超塑成型的高精度和优异性能使得医疗器械更加符合人体工程学要求，提高了患者的治疗效果和生活质量。
结论：钛合金超塑成型工艺以其高精度、节约材料和优异性能的特点，在航空航天、汽车工业和医疗领域得到广泛应用。
随着科技的不断进步，钛合金超塑成型工艺将在更多领域展现其巨大潜力。
我们对钛合金超塑成型工艺的研究和应用将为促进工业发展和提高产品质量起到重要作用。
《钛合金—塑料注塑成型关键技术研究》
《钛合金—塑料注塑成型关键技术研究》一、引言随着现代工业技术的不断发展，钛合金因其优异的物理和化学性能，在航空、医疗、汽车等领域得到了广泛应用。
而塑料注塑成型技术，作为制造塑料制品的主要方法之一，其研究与应用也日益广泛。
然而，钛合金与塑料在性能上的差异导致它们在注塑成型过程中的结合变得复杂。
本文将就钛合金—塑料注塑成型关键技术进行深入研究，以期为相关领域的研究与应用提供参考。
二、钛合金与塑料的特性和应用1. 钛合金的特性和应用钛合金是一种具有高强度、轻质、耐腐蚀等特性的金属材料，广泛应用于航空、医疗、汽车等领域。
在航空领域，钛合金因其高强度和轻质的特点被用来制造飞机零部件；在医疗领域，钛合金因其良好的生物相容性和耐腐蚀性被用来制造人体植入物等。
2. 塑料的特性和应用塑料是一种轻质、可塑性强、耐腐蚀的合成材料，广泛应用于各个领域。
在注塑成型过程中，塑料具有优异的加工性能和成型性能。
然而，由于塑料的强度和硬度相对较低，限制了其在某些领域的应用。
三、钛合金—塑料注塑成型关键技术研究1. 材料选择与配比在钛合金—塑料注塑成型过程中，材料的选择与配比是关键。
首先，应选择与钛合金相容的塑料材料，以确保两者在注塑过程中不会发生化学反应。
其次，根据实际需求，合理配比钛合金与塑料的比例，以达到所需的性能要求。
此外，还需考虑材料的成本、来源等因素。
2. 注塑工艺参数优化注塑工艺参数对钛合金—塑料注塑成型的质量具有重要影响。
通过优化注塑温度、压力、速度等参数，可以改善钛合金与塑料的结合性能，提高制品的质量。
同时，还需考虑模具的设计与制造、注射时间等因素对注塑过程的影响。
3. 界面结合技术研究界面结合技术是钛合金—塑料注塑成型过程中的关键技术之一。
通过研究钛合金与塑料之间的界面结构、化学键合、物理吸附等作用机制，可以改善两者的结合性能，提高制品的力学性能和耐久性。
此外，还需研究界面结合对制品其他性能的影响，如导电性、导热性等。
钛合金超塑性研究的进展
超塑性成形与扩散连接结合技术——即SPF／DB技术。它是利用钛合金在特定的显微组织、温度及拉伸量下，合金的延伸率超过100％的特性进行超塑成形；同时在同等条件下，把温度控制在合金的熔点以下进行焊接，在足够的热量和压力之下，使加工金属的接触面上的原子和分子相互扩散，从而连接成一个整体。钛合金工件在封闭模具中成形，然后在真空或惰性气体环境中进行扩散连接，由于两者加工温度相近，可同时进行这两项工艺，使得钛合金的大型复杂结构件可一次加工成型，得到的工件性能良好且加工成本得到降低。
与普通锻造方法相比，等温锻造具有整个锻造过程中，锻模和锻材始终处于相同的加工温度；锻造速度慢，应变速率小；没有模具激冷、表面氧化和局部过热倾向小；可获得更理想的微观组织和机械性能等优点，故采用等温锻造方法生产的锻件，具有锻件精度高、表面质量好、锻件材料的利用率高和锻件尺寸稳定等优点[6]。
2.2等通道转角挤压
根据文献[4]得知，超塑性特性最好的是α+β型钛合金，α型和β型钛合金稍差。因为α+β型钛合金为两相合金，晶粒本来就细小，在超塑性加工过程中两相相互制约，晶粒难以长大，细晶粒能长时间保持下来，利于超塑性变形。相反，α型和β型钛合金的晶粒不能细化，且α型钛合金中不存在有助于提高超塑性的β相。β型钛合金中，由于不存在α相，β相晶粒可迅速长大。
按变形效应的机理来分，可以将金属的超塑性分为如下三大类：第一类是具有细小等轴晶粒（晶粒细化的程度要达到0.5～5μm，一般不超过10μm）的材料在较高变形温度和较低应变速率下表现出的超塑性称为微晶超塑性或结构超塑性。第二类是在变形过程中由反复的循环相变或同素异形转变诱发的超塑性称为相变超塑性或动态超塑性。第三类是其他类超塑性。如在消除应力退火过程中，在应力作用下金属可以得到超塑性[2]。
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钛合金塑性成形1引言钛合金是20世纪50年代发展起来的一种重要的金属结构材料,钛及其合金因其强度高、耐高温、使用温度范围宽(-269~600℃)而成为宇航工业的理想材料。
航空航天领域使用钛合金占据了钛合金50%的市场份额;钛合金具有良好的耐腐蚀性,是航海、石油、化工、医药等行业的理想材料;钛合金因其形状记忆功能(如Ti-N,i Ti-Ni-Fe等),可用于卫星和飞船的天线、宇航系统的油管密封和其它自控装置;钛合金的无磁性,钛铌合金的超导性,钛铁、钛美合金的储氢能力使其在高技术和尖端科学方面也发挥着重要作用。
[1]钛合金的组织和性能对变形时的加热工艺参数比较敏感,因而其适合的加热工艺参数范围较狭窄,用一般的锻造方法难以获得理想的微观组织和性能。
研究钛合金在锻造成形过程中的变形规律,对获得理想的锻件有重要作用。
根据预定的工艺参数,模拟产品的热成形过程并预报其微观组织和力学性能,是生产技术中要解决的主要问题。
2钛合金塑性成形有限元法钛合金锻造成形时伴随着很大的材料流动,小变形理论误差很大,弹性变形占整体变形的比例很小,所以进行锻造成形计算机模拟时不但可以采用大变形弹塑性有限元法,还常常采用刚塑性有限元法和刚粘塑性有限元法。
刚塑性有限元法不考虑弹性变形,对于大变形体积成形工艺计算速度快,很受欢迎。
刚粘塑性有限元法同样也不考虑弹性变形,但考虑应变率效应,适合热加工成形和超塑性成形。
在钛合金塑性变形过程中,塑性变形功、工件和模具接触面上的摩擦功不断地转化为热量,使得工件和模具内的温度场发生变化;温度场的变化又反过来影响工件的变形。
因此,在对锻造成形过程进行工艺模拟时,就需要在变形和温度场之间进行耦合分析,同时考虑工件的塑性变形及工件、模具、环境三者之间的热交换。
对于钛合金体积成形过程,一般采用刚塑性或刚粘塑性有限元法进行模拟。
利用钛合金的塑性性质对其进行加工使其满足需要的过程存在几何非线性、物理非线性和边界非线性。
对钛合金塑性成形问题进行精确求解非常困难,甚至是不可能的。
目前,应用更多的是近似方法,如主应力法、滑移线法、上下限法等,在这些近似研究方法中,需要做出较多的简化和假设,以便使问题能够求解,从而导致所得到的不少结果和实际情况相去甚远,无法满足理论分析和工程实际的需要。
[2]随着计算机技术和塑性力学理论的发展,塑性有限元法已经成为模拟分析塑性成形过程的有力工具,也成为应用最广泛的数值分析方法。
目前研究的固体型塑性有限元法,包括小变形和大变形弹塑性有限元法。
弹塑性有限元法最早是由Marcal等提出的,它同时考虑弹性变形和塑性变形,弹性区采用Hook定律,塑性区采用Ruess方程和Mises屈服准则。
采用弹塑性有限元法分析金属塑性成形过程,不仅能按照变形路径得到塑性区的变化,而且能够有效地处理卸载问题,计算残余应力和残余应变,从而可以进行回弹计算以及缺陷预测分析。
但是,弹塑性有限元法由于要考虑变形历史的相关性,须采用增量加载,在每一步增量加载中,都须做弹性计算来判断原来处于弹性区的单元是否已经进入屈服,对进入屈服后的单元就要采用弹塑性本构关系,从而改变单元刚度矩阵。
为了保证精度和解的收敛性,每次加载不能使很多单元同时屈服,这就使得每次计算时的变形增量不能太大,所以对大变形问题计算时间较长,效率较低。
另一类是流动型塑性有限元法(Flow Formula-tion),包括刚塑性有限元法和刚粘塑性有限元法。
Kobayashi等针对弹塑性有限元法存在的问题提出了所谓“矩阵法”的刚塑性有限元法,用来分析金属塑性成形问题。
刚塑性有限元法每次的增长步长比弹塑性有限元法的大一些,但在每一增量步长比弹塑性有限元法的大一些,但在每一增量步中,材料仍然处于小变形状态下,由于下一次的计算是在累加以前变形后的几何形状及硬化基础上进行的,故刚塑性有限元法具有应力计算无累计误差,计算时间短,能适应多种材料硬化模型,动态边境处理较容易等优点。
[3]但由于刚塑性有限元法所采用的模型忽略了弹性变形部分,故不能计算回弹量、残余应力和残余应变,较适合于分析体积成形问题,其分析结果可以对体积成形过程提供详细的解释。
刚粘塑性有限元法与刚塑性有限元法的区别仅在于它们所采用的本构关系不同。
刚粘塑性有限元法在求解方式上与弹性有限元法有着明显的区别。
弹性有限元法以给定的边界外力和边界位移为基础,求解变量是单元的节点位移。
因应力应变关系满足虎克定律,所得矩阵方程组为线性方程组,可以直接求解。
刚粘塑性有限元法是以假设的满足速度边界条件速度场为基础,求解变量是单元节点的速度增量。
由于塑性变形具有材料及几何双重非线性,离散化后所得矩阵方程组为非线性方程组,需迭代求解,因此计算量非常大。
尤其在进行非稳态分析时,为保证计算精度,增量步长不能太大,通常取总压下量的1%作为增量步长。
在接触边界发生较大变化时,增量步长还应再调小。
[4]因此,总计算步数往往有一百多步,而在每一步计算中,又必须进行几次甚至几十次迭代。
所有这些计算特点使得防止迭代发散成为刚粘塑性有限元法中至关重要的问题。
近年来,刚塑性有限元法已被广泛应用并解决了许多金属塑性成形问题。
与此同时,针对刚塑性有限元法在求解过程中存在的一些问题,提出了各种相应的解决方法,如处理材料不可压缩的Lagrange乘子法、罚函数法和体积可压缩法等。
另外初始速度场的选取、刚塑性交界面的确定等问题也得到了较好的解决。
这些问题的解决,使刚塑性有限元法的应用范围大大扩大,并取得了令人满意的结果。
3钛合金三维数值模拟技术的发展钛合金成形工艺数值模拟是通过使用相关软件让计算机对整个成形过程的各种物理量的变化进行数值计算,预测出成形过程中各种有用的技术信息,并将最终的计算结果以各种图形(或动画)的形式直观生动地显示在计算机屏幕上。
工件的详细变形过程以及各种物理量随空间和时间的变化可以从屏幕观察到。
如果工艺、模具或坯料设计不当,便可以看到由此所产生的各种成形缺陷,如开裂、折叠、过烧与回弹等等。
做一次工艺数值模拟,就相当于在计算机上做了一次虚拟的工艺试验。
与实际工艺试验相比,其优势是成本低、周期短,所得到的技术信息更多、更全,而且全是定量化的数据。
对钛合金锻造成形过程进行分析的目的是确定工件在塑性成形的各变形阶段所需的变形功和变形力,内部的应力、应变、温度分布和金属流动规律,模具的应力、应变、温度分布及合理形状,工件的尺寸精度、残余应力、缺陷、晶粒的粒度和取向分布,并为模具设计提供可靠的依据。
发现模拟出的工件有某些缺陷,就可以根据经验找出产生缺陷的原因,然后对工艺、模具和坯料进行修改。
将修改后的数据进行第二次工艺模拟,如此反复直到工艺成功。
在钛合金二维体积成形方面应用刚塑性、刚粘塑性有限元法已经趋于成熟。
国内外学者对一些简化模型或特定的体积成形过程进行了三维有限元模拟;Yang等对大量的三维挤压,锻造过程进行了计算; Kim等用De-form3d对铝连杆的三维锻造和线材的三维压进过程进行了模拟;Pillinge 分析了铝连杆的锻造过程;Shin等分析了不同形状的三维挤压过程。
在国内,同样也进行了很多三维模拟方面的研究。
王中金在假设预锻毛坯形状的前提下对连杆终锻过程进行了模拟;陈军对连杆毛坯滚挤、径向挤压、方坯反挤压等成形过程进行了模拟;童隆长采用混合的欧拉—拉格郎日法模拟了三维十字型腔的挤压过程。
多数国内外的这类研究都将实际生产中的工件形状加以简化,较少有带飞边的复杂形状锻件的多工位成形三维有限元分析实例,其原因是体积成形三维有限元仿真的一些关键问题还未得到较好的解决,如多工位体积成形过程仿真的信息传递、三维六面体网格再划分技术,三维模具几何信息的精确描述、可靠的动态边界处理条件等。
4钛合金微观组织数值模拟现状材料的微观组织对材料的最终性能会产生很大的影响,合金材料中的各相特性,是由添加的合金元素加入量、合金的组成、铸造、热锻和压延等加工方法、加工温度以及其后热处理形成的微观显微组织所决定的。
在钛合金中,已研究到了多元合金水平,对加工方法和热处理方面也进行了深入的研究。
要精确模拟锻件微观组织的形成过程,需建立能准确描述微观组织形成过程的数学模型,并且要有精度高效的数值计算方法来求解。
经各国学者的长期努力,微观组织的数值模拟经历了从定性模拟到定量模拟,从定点形核到随机形核,从纯物质微观组织的模拟到对多元合金微观组织的模拟,引入了蒙特卡罗方法、自动元胞机方法等数学模型。
今后把微观组织变化和数值模拟结合起来,建立材料在热力耦合加工过程中微观组织演化的通用模型成为很重要的研究课题。
钛合金锻造除了要达到终锻件的几何尺寸精度要求,另一个目标就是得到优越的机械性能和较好的晶相学结构。
合金的显微组织在很大程度上控制着材料的各种性能,特别是机械性能。
在成形过程中,材料经历了一系列的微观组织变化,例如动态/静态回复,再结晶和晶粒长大。
这些都将影响到成形过程(如成形力、温度、应变和应变速率的分布)和最终的产品性能(包括强度、延展性、韧性等)。
因此,研究微观组织对材料机械性能的影响并进行微观组织建模,成为热力耦合材料加工过程中最为重要的一环。
运用传统的制造和实验方法往往加工余量大,成本高,生产周期长,达不到现代化生产的要求。
随着模拟技术的发展和在金属加工领域的应用,在设计方法领域已经发生了很大的变化。
钛合金锻造成形过程的模拟可以分为三个层次:整体建模(用Slab法和上限元法对变形力或工况进行预测)、局部建模(用有限元法计算热力耦合变量)和微观组织建模(对微观结构、织构,各向异性等冶金和机械性能进行估算)。
到目前为止,在第二层次上对复杂的二维或三维成形过程的模拟工作已经进行的比较多,也取得了许多成果。
[5]国内外学者在微观组织模型的应用方面,也进行了许多工作。
Shivpuri等对二维镦粗过程进行了数值模拟,并预测了锻后饼坯中的晶粒尺寸和再结晶体积百分比。
Hu等对Ti-6AI-4V钛合金航空叶片截面的晶粒尺寸和体积分数进行了二维有限元模拟。
Ishikawa利用商业有限元软件Deform分析了钛合金的微观组织演变。
目前,国内对钛合金在热态成形过程中的微观组织变化也进行了研究。
许思广和王连生等率先进行了热锻过程中动态再结晶及晶粒尺寸的模拟的研究。
熊爱明对钛合金盘的模拟成形过程进行了变形—传热—微观组织演化耦合模拟,研究了变形工艺参数对微观组织变化的影响。
薛善坤利用Yada模型对钛合金叶片锻造二维模拟过程中的晶粒尺寸变化进行了研究。
这些工作都极大地加深了人们对材料变化过程中物理实质的认识,对正确理解锻造工艺与锻件内部质量之间的关系具有重要的指导意义。
从目前微观组织演化模型的应用情况看,一般都将这种模型作为数值模拟的“后处理程序”进行运用。