钛合金整体结构件加工变形规律及其微观机理的研究

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航空整体结构件的加工变形是当前航空制造业面临的最突出问题之一。钛合金材料因其优异的综合力学性能、低密度、良好的耐腐蚀性以及优异的高温抗拉强度、蠕变强度和高温稳定性等,在航空整体结构件制造中获得了大量应用。材料学领域研究表明,任何一种物质的宏观性能都取决于其内部的微观结构。目前,国内外学者对航空整体结构件加工变形问题的研究大多停留在宏观残余应力对加工变形的影响和有限元数值模拟预测方面,很少深入到微观层面上,对整体结构件加工变形机理的研究存在片面性。本文采用实验与理论相结合的方法,对钛合金航空整体结构件加工变形规律及其微观机理进行了深入、系统地研究。论文首先基于现场实际航空梁类整体结构件的形状和尺寸,采取成比例缩小的处理方法设计了钛合金整体结构件比例件;按照相同的切削参数、加工方式和装夹布局切削加工6个形状和尺寸完全一致的钛合金整体结构件;其次,利用三坐标测量仪“分阶段”测量钛合金整体结构件的加工变形情况,通过实验得到钛合金整体结构件的加工变形规律,此实验研究结果为TEM实验取样和钛合金整体结构件加工变形的微观机理研究打下基础。其次,利用高分辨透射电子显微镜对不同加工变形阶段的钛合金整体结构件的显微组织进行了观察和分析,研究了不同变形阶段的微观组织情况;然后对相邻阶段的微观组织进行对比分析,研究了钛合金整体结构件加工变形的微观组织演化;最后,结合钛合金整体结构件的加工变形规律,揭示了钛合金整体结构件加工变形的微观机理。最后,在上述研究的基础上,结合位错动力学理论和位错与塑性变形之间的理论计算建立了位错与钛合金整体结构件加工变形之间的理论数学关系模型。该理论数学模型的建立是对微观位错组态演化过程和与之相应的宏观塑性变形行为的初步理论探索,为揭示钛合金整体结构件加工变形的本质机理提供新思路。
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