【摘 要】
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TC4钛合金因其具有耐腐蚀和耐高温等特点而被人们所关注,主要应用于航空航天等领域,已经成为制造行业迫切需要的理想材料。然而,TC4钛合金由于在室温条件下塑性差,很难在室温条件下进行大曲率弯曲变形,这造成了TC4钛合金很难在实际生产生活中投入应用。为了提高TC4钛合金在实际生产过程中的使用性,需要了解其基础力学性能并研究影响其成形性的主要因素。本文基于TC4钛合金热拉伸试验和胀形试验,分析了材料在高
【基金项目】
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国家自然科学青年基金项目“薄壁钛合金型材多点三维热拉弯多尺度成形机理研究”（项目编号:NO.5180504）
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TC4钛合金因其具有耐腐蚀和耐高温等特点而被人们所关注,主要应用于航空航天等领域,已经成为制造行业迫切需要的理想材料。然而,TC4钛合金由于在室温条件下塑性差,很难在室温条件下进行大曲率弯曲变形,这造成了TC4钛合金很难在实际生产生活中投入应用。为了提高TC4钛合金在实际生产过程中的使用性,需要了解其基础力学性能并研究影响其成形性的主要因素。本文基于TC4钛合金热拉伸试验和胀形试验,分析了材料在高温条件下的屈服、流动、断裂性能,绘制了TC4高温成形极限曲线,通过微观组织观测揭示了变形的机理,并建立了预测TC4高温力学性能曲线和成形极限曲线的模型。最后将其预测成形极限曲线输入到ABAQUS中,分析温度和应变速率对穹顶高度（LDH）的影响规律。具体如下:首先,通过对TC4钛合金在温度范围650℃-750℃,应变速率范围0.001s-1-0.1s-1的条件下进行热拉伸试验,获得不同试验条件下的应力应变曲线。分析了温度和应变速率对力学特性的影响。根据试验结果可以发现TC4钛合金受到温度和应变速率的影响很大。对原始试件和拉伸后试件通过EBSD观察,发现经过高温处理后的试件的微观结构发生了明显的改变,揭示了材料的变形机制。随后,根据热拉伸试验数据,建立了五种本构模型（考虑应变补偿的Arrhenius模型、JC模型、m-JC模型、Hensel-Spittel模型、修改Hensel-Spittel模型）,并且新提出了n-JC模型。通过计算平均绝对相对误差（AARE）值和相关系数（R）值来评价建立模型的预测精度,可以得出HS模型的AARE值和R值分别为5.24%和0.98794,在所有模型中预测精度最高;而JC模型的预测能力最差,其AARE值和R值分别为41.1%和0.84726,其中n-JC模型相较于JC模型的预测精度提高很多,其AARE值和R值分别为14.4%和0.95322。通过胀形试验设备对TC4钛合金在进行胀形试验,利用高频感应加热方法加热凹模和压边圈。获得了700℃-0.1s-1条件下的成形极限曲线。为了提高获得成形极限曲线的效率,建立了M-K模型,预测其它试验条件的成形极限曲线。随后将试验获得的成形极限曲线输入到ABAQUS软件中,模拟胀形试验过程,得到模拟件的破裂形状与试验件的破裂形状相符。将M-K模型预测得到的成形极限曲线输入到ABAQUS中,模拟应变速率为0.1s-1-650℃、0.1s-1-700℃、0.1s-1-750℃、650℃-0.001s-1、650℃-0.001s-1、650℃-0.001s-1条件下胀形过程。根据得到的模拟件结果,测量穹顶高度（LDH）值,得出了随着应变速率减小,温度的升高,其成形性更好。本文通过对TC4钛合金的基础力学性能及成形性进行研究,得出该材料在温度范围为650℃-750℃,应变速率范围为0.001s-1-0.1s-1条件下流动特性和成形性随温度和应变速率的变化规律。为后续TC4钛合金实现多维度成形提供理论基础。
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