钛合金因具有比强度高、比重小、耐腐蚀等特点而被广泛应用于船舶、航天、航空和石油化工等领域的传热管路和料液系统。高强钛合金管材在弯曲成形过程中,弯曲区域管壁壁厚减薄和增厚的主要原因是受拉应力和压应力的影响,甚至出现起皱等质量缺陷,特别是在高温环境下,这些缺陷更易出现,严重影响管材的几何形状、精度和使用。因此,探究管材在高温环境下的成形规律是提高管材成形质量的关键前提,这对管材高温成形的研究有重要的指导意义。本文以规格为φ38 mm×t4 mm的Ti75合金管为研究对象,利用金相观察、高温拉伸性能测试方法研究不同工艺状态下微观组织和力学性能,为模拟计算提供数据支持;采用三维建模软件Creo和有限元分析软件ABAQUS探究高温环境下温度、助推速度、弯曲速率对钛合金Ti75管材弯曲成形质量的影响。由于模型中涉及到热和力,且不相互影响,故有限元模拟使用顺序耦合热应力分析法。首先分析模型的温度场,然后把得到的结果用于应力场分析。应力场先采用有限元正交模拟进行分析,研究温度、弯曲速率、助推速率三因素对成形质量影响的主次顺序,再通过有限元模拟优化参数,确定出最佳工艺参数。最后通过实际实验,验证模拟结果的可靠性。主要研究结果如下:(1)铸态Ti75合金组织的β相晶粒粗大,聚集较为明显,晶界清晰,呈明显铸造组织晶形分布。经过轧制热处理的退火态组织(退火条件为:880℃热处理,保温120 min,空冷),β晶界明显消失,且暗灰色β相组织在亮白色α相组织中弥散分布,基体中有大量的细小α相再结晶晶粒。高温拉伸试验结果显示:同等温度环境下,铸态试样抗拉强度较高,断裂伸长率低,而退火态试样的抗拉强度微降,断裂伸长率高,具有良好的塑性成形性能,是管坯材料的最佳选择。(2)辐射和对流传热对本模型热传递影响较小,温度差在10℃以内。仅考虑接触传热的情况下,预热后管材的弯曲变形区域各节点温度与设定的模具温度基本相同。在实际成形工况条件下,预热时间可设定在12 s。(3)助推速率因素对管材成形质量影响最为显著,其值等于1时管材成形质量较好,最佳成形温度为450℃。在满足使用要求的前提下,选择较短弯曲时间能获得相对较好的成形质量,并提高生产效率。(4)其他条件一定时,随着弯曲角度的增大,壁厚增厚率、减薄率和椭圆度都逐渐增大,弯曲角度大于50°时,截面形变率趋于平台稳定阶段;随着弯曲速率的减小,截面形变率逐渐接近于准静态成形质量。且成形温度为450℃时,弯曲速率对Ti75热弯成形影响比较小,成形缺陷也相对较小。(5)通过热弯成形实验,验证了本文所建立的有限元模型的有效性,以及模拟结果的可靠性,进一步证明本文的研究结果对实际生产具有指导意义。