Ti55合金板材电辅助V弯宏微观成形规律研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:larry_john
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随着航空航天技术的不断发展,对于高温钛合金的需求越来越大。Ti55合金一种近α型两相钛合金,比强度高、密度低、耐高温而广泛应用于航空航天领域。Ti55钛合金是我国自主研发的近α型钛合金,添加了稀土元素Nd,具有良好的强度、抗蠕变性能和热稳定性能,能在550℃下长期服役。钛合金属于室温下难成形金属,且钛合金板材在冷冲压成形时易开裂、需要较大的成形力;且由于其高强度、低弹性模量而导致的高弹性回复,从而导致Ti55板材成形会产生较大回弹,影响材料的成形精度。电辅助成形技术因为效率高、成形质量好,而受到越来越多的关注。电辅助成形是指在金属塑性成形的过程中引入脉冲电流,利用电流的电致塑性效应来降低流动应力,提高成形极限的一种成形方法。因此,电辅助V弯工艺与Ti55合金结合,研究该工艺对于Ti55合金宏微观成形规律的影响,具有重要的理论与工程意义。为了获得Ti55合金电辅助板材V弯成形规律,基于有限元分析软件?ABAQUS建立了电-热-力耦合的Ti55合金板材V弯成形及回弹全过程仿真模型。结果表明:电辅助板材V弯成形时,坯料温度先迅速上升后趋于平缓,温度上升速率和电流密度的平方成正比;应力和应变主要集中在弯曲处,从中间处往内外侧应力应变逐渐变大;弯曲处坯料厚度变化最大;利用正交实验方法,通过极差分析得到弯曲角和相对弯曲半径对回弹角的大小有显著影响;有效电流密度和成形速度对回弹角的影响较小。弯曲角从60°到120°、相对弯曲半径从2到8发生变化,回弹量越大;有效电流密度从3?A/mm~2到5?A/mm~2,成形温度越高,回弹角越小;随着成形速度从0.1?mm/s增加到1?mm/s,在应变速率和成形温度的共同作用下,回弹角先减小后增大。电辅助板材V弯能有效降低坯料的回弹角,相比机械V弯回弹角平均降低。研究了电辅助V弯变形Ti55显微硬度、OM、EBSD测试,研究电辅助V弯变形前后组织形貌、晶粒取向差和晶界演化等微观组织演化规律。结果表明:随着有效电流密度的增加,试样的α相含量逐渐降低,试样α相片层组织得到不同程度的细化,与电流的热效应和非热效应促进相转变有关;有效电流密度为5A/mm~2时,试样在随后的快速冷却过程中发生非扩散性相变形成了全部的马氏体组织;电辅助V弯变形后试样的硬度有所升高,且随着有效电流密度的升高,硬度呈上升趋势,这与晶粒细化和相变有关。电辅助变形后晶粒取向明显增多,晶粒取向更加趋于均匀;在有效电流密度4A/mm~2条件下,内层和中性层的小角度晶界占比较初始样有明显降低,晶界平均取向差有所上升,试样外层的小角度晶界占比增加,随着有效电流密度增加到4.5A/mm~2,小角度晶界占比减小。电辅助弯曲后的试样极图的极密度的最大值均有所降低,试样内部组织均匀性增强;电辅助V弯成形后,试样织构强度降低,这主要与再结晶过程有关。
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