【摘 要】
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玻璃润滑涂层已普遍应用于TC4钛合金等温锻造等热成形工艺过程,以便对坯料进行抗高温氧化、降低塑性流动的摩擦阻力。为了更好研究TC4钛合金塑性流动成形规律,需准确测定TC4钛合金热成形过程的摩擦因数,而圆环镦粗法是测定金属塑性变形过程接触摩擦因数常用的方法之一。本文为了测定TC4钛合金圆环镦粗变形时不同润滑条件下的摩擦因数,制作了三种不同润滑处理的TC4钛合金圆环镦粗试样;通过理论解析、有限元数值模
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玻璃润滑涂层已普遍应用于TC4钛合金等温锻造等热成形工艺过程,以便对坯料进行抗高温氧化、降低塑性流动的摩擦阻力。为了更好研究TC4钛合金塑性流动成形规律,需准确测定TC4钛合金热成形过程的摩擦因数,而圆环镦粗法是测定金属塑性变形过程接触摩擦因数常用的方法之一。本文为了测定TC4钛合金圆环镦粗变形时不同润滑条件下的摩擦因数,制作了三种不同润滑处理的TC4钛合金圆环镦粗试样;通过理论解析、有限元数值模型获得了三种圆环镦粗摩擦因数标定曲线;利用圆环镦粗实验结果,结合摩擦因数标定曲线,测定了TC4钛合金热成形过程的摩擦因数。具体的研究过程和研究结果如下:（1）用质量百分比为44.0%SiO2、25.0%B2O3、10.0%Na2O、7.5%Ca O、6.8%Mg O、5.0%TiO2和1.7%Al2O3等氧化物制备了润滑涂层的玻璃粉;分别用自制玻璃粉和购买的Ti-1玻璃浆料,用浸涂法在TC4钛合金圆环试样表面制备了厚约0.2-0.3 mm的两种玻璃润滑涂层;将无涂层圆环试样和两种带玻璃润滑涂层试样加热到950℃,在模具温度400℃及镦粗速度5 mm/s条件下完成圆环镦粗实验。（2）通过对圆环镦粗变形过程理论解析、改进传统DEFORM-3D有限元模型并进行数值模拟,获得了TC4钛合金圆环镦粗的摩擦因数理论解析标定曲线、传统有限元模型和改进有限元模型数值模拟的摩擦因数标定曲线;对比分析了三种摩擦因数标定曲线的差异性和分散度。结果表明:理论解析标定曲线与圆环镦粗工艺参数无关,与镦粗变形实际工况偏差很大;三种圆环镦粗摩擦因数标定曲线存在明显的差异,改进有限元模型标定曲线的分散度>传统有限元模型标定曲线>理论解析标定曲线的分散度,利用改进有限元模型标定曲线更容易准确测定TC4钛合金圆环镦粗的摩擦因数。通过正交有限元数值模拟,分析了坯料温度、模具温度、镦粗速度和热传导系数等圆环镦粗工艺参数对摩擦因数标定曲线的影响。研究发现:镦粗速度的影响>坯料温度>热传导系数>模具温度的影响。（3）利用圆环镦粗实验结果,结合改进有限元模型标定曲线得到干摩擦无涂层润滑状况时的摩擦因数为0.64、自制玻璃涂层和Ti-1玻璃涂层润滑条件下的摩擦因数分别为0.23和0.20。无法利用理论解析摩擦因数标定曲线和传统有限元模型标定曲线测定本次圆环镦粗实验的摩擦因数;改进有限元模型摩擦因数标定曲线充分考虑了成形工艺参数的影响,更接近TC4钛合金热成形实际过程,其数值模拟结果和圆环镦粗的实验结果吻合,验证了改进有限元模型摩擦因数标定曲线的准确性。
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