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      鈦板在海洋發電工廠中的應用

             鈦合金因其低密度、高比強和抗蠕變性等優異性能,在航空航天等領域得到了廣泛的應用。鈦合金具有延展性低、變形抗力大和各向異性明顯等特點,因此鈦合金對熱變形工藝參數十分敏感。

        模擬技術在鈦合金熱加工領域的應用

        鈦合金通常需要在β單相區或α β兩相區進行熱加工來獲得具有一定組織和性能的產品。而熱加工參數的選擇對鈦合金的加工性能與顯微組織都產生重要的影響。近年來,國內在鈦合金熱加工領域的研究日漸增多,其中熱模擬技術和數值模擬技術在鈦合金熱變形機制和組織演變規律方面的應用尤為突出。

        熱模擬技術的典型應用

        眾多學者利用熱/力模擬試驗機對不同類型的鈦合金進行了熱壓縮變形實驗,獲得了材料的流動應力曲線即應力-應變關系。流動應力曲線反映了流動應力與變形工藝參數之間的內在關系,同時,也是材料內部組織變化的宏觀表現。徐文臣等在熱模擬機上進行了恒應變速率壓縮變形試驗,研究TA15鈦合金的動態熱變形行為,計算了材料的變形激活能Q并觀察了熱變形組織。在α相區動態再結晶是材料的主要軟化機制,而在β相區軟化機制則以動態回復為主。

        數值模擬技術的典型應用

        由于數值模擬技術使得鈦合金熱加工工藝過程可以真實地在計算機上再現,所以企業生產者和科研工作者都利用此技術研究理想工藝參數與相應組織、力學性能的關系,達到優化現行生產工藝和降低新產品、新工藝、新材料研制成本的目的。邵暉[11]等研究了片狀組織TC21鈦合金在兩相區鍛造過程中的α相演變。采用DEFORM軟件模擬分析了鍛造過程中溫度場、應變場的變化規律并定量分析了α相的形貌變化,Feret Ratio越小,形貌趨于球化。結果表明,應變場與溫度場影響片狀相演變,在較低的應變條件下,鍛料邊部由于溫度降低較快,再結晶充分,鍛料中心位置溫度較高。

        微觀組織演變模擬研究

        鈦合金顯微組織的多樣性與鈦合金多工序的生產過程以及各工序過程的多樣性有著規律性的聯系。這種復雜聯系決定了傳統方法很難對鈦合金組織與性能進行預測和控制。隨著近年計算機與數值模擬技術的發展,微觀組織數值模擬方法成為獲得主要工藝參數對熱成形工件宏觀和微觀組織影響的定量關系的有力工具。采用數值模擬技術再現微觀組織的演化過程,不僅可以加深理解組織變化機理,促進現有理論的發展,而且可以改善材料組織結構和優化材料的制備工藝,從而獲得材料預期的力學能。

        與傳統工藝試錯法相比,采取模擬技術作為研發手段可縮短研制周期、降低生產成本、優化生產工藝,從而達到提高生產效率和增長經濟效益的目的。而鈦合金因價格昂貴、生產周期長,其生產工藝的研究迫切需要模擬技術來為之開辟捷徑,攻克熱加工溫度范圍窄、工藝—組織—性能關系復雜多樣等難題。

        國內外已采用熱模擬技術和數值模擬技術對鈦合金熱變形機制與微觀組織演變開展了大量的研究工作,獲得了力能參數與工藝參數、微觀組織關系等結果,可起到優化生產工藝、提高產品質量的作用和效果。但是由于材料性能數據不準確、邊界條件和摩擦參數難貼近實際、宏觀變量研究未涉及微觀組織變化等因素,因此模擬結果跟實際生產相比存在一定的誤差。

        未來鈦合金熱變形機制及微觀組織演變規律的研究須將物理模擬技術和數值模擬技術有機結合,建立更加符合實際生產過程的宏觀有限元模型,并將其與微觀組織演變模型耦合,力求模擬結果不僅能為現場生產提供理論依據,而且能夠定量地指導現場工藝,最終達到實時跟蹤變形過程、控制產品質量的目的。


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