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流动应力本构方程和热加工图是研究材料热变形行为的主要手段，也是指导锻造工艺开发的重要基础。当前，学者们已经研究并建立起了多种流动应力本构模型和热加工图，但对某一特定材料而言，在众多的模型中，如何快速优选精度最高的模型和预测能力最好的热加工图并将其应用于指导实际锻造工艺开发对提高锻件产品质量，降低生产成本有重要意义。此外，材料在不同状态下，其流变行为和可加工性也有所差别，在有限元数值模拟中，选用状态匹配的材料模型有利于提高模拟精度，更好的指导锻造工艺开发。
本文以7050铝合金热变形行为和某航空锻件的锻造工艺开发为主要研究对象。对锻态7050铝合金进行了热压缩试验获得流动应力数据，对流动应力数据进行了温度修正和摩擦修正，并建立了四种本构模型和四种加工图，引入了相关系数（R）和平均相对误差绝对值（AARE）对模型进行评估。在此基础上，采用MATLAB语言开发了流动应力本构模型和热加工图快速求解与评估程序。使用该程序优选了锻态和挤压态7050铝合金的流动应力本构模型与加工图，并将对应的模型与加工图基于FORTRAN语言分别应用于DEFORM软件前处理和后处理的二次开发。基于此研究，对某航空锻件锻造工艺进行设计，分别对坯料形状结构和锻造工艺参数两方面进行了优化，避免了生产过程中可能出现的折叠、充填不满、成形载荷高和流动失稳等缺陷，并最终经过生产试制得到了合格的产品，成功交付主机厂。本论文的主要研究工作如下：
①以锻态7050铝合金材料为例，建立了该合金四种本构模型并进行精度对比。通过热压缩试验获得了锻态7050铝合金在0.01~10s-1和330~480℃范围内的流动应力数据并对其进行温度和摩擦修正。结果发现，热变形过程中，变形温升随应变速率的增加和成形温度的降低而增加，且温升和摩擦对流动应力的影响较大，不可忽视。基于修正的流动应力数据，建立了该合金修正的Johnson-Cook、修正的Zerilli-Armstron、应变补偿的Arrhenius和修正的Hansel-Spittel四种本构模型，经过比较，对该合金而言，修正的Johnson-Cook模型精度最高。
②建立了基于四种失稳准则的热加工图。基于修正的流动应力数据计算了应变速率敏感指数、温度敏感指数和应变硬化指数，并在此基础上，建立了基于Kumar-Prasad、Murty-Rao、Gegel和Alexander准则的热加工图。通过比较发现，基于Kumar-Prasad准则的加工图失稳区普遍比基于Murty-Rao准则的加工图失稳区范围大，Gegel和Alexander加工图失稳区域相似，经过微观组织观测对比发现，Murty-Rao加工图精度最高。
③实现了对四种本构模型的求解过程的编程并采用遗传算法对模型参数进行了优化。采用MATLAB语言对合金的四种本构模型求解及优化过程进行编程，通过程序遍历所有参考条件可以发现，参考条件的选取对修正的Johnson-Cook模型和修正的Zerilli-Armstrong模型的预测精度影响巨大，优选参考条件可以显著提高预测精度。同时，引入遗传算法对模型参数进行优化可进一步提高预测精度，例如，锻态7050铝合金的Zerilli-Armstrong模型在遗传算法优化前AARE值为7.4192%，优化后为6.3292%。此外，本文还利用MATLAB针对加工图求解、自动生成DEFORM二次开发代码等几方面进行了编程，引入MATLAB GUI设计了程序界面，并采用Ti-6554合金的流动应力数据对程序的可靠性、拓展性进行了验证。
④不同本构模型对锻态和挤压态7050铝合金的流动应力的预测精度不同，将锻态和挤压态7050铝合金流动应力数据分别导入本构模型求解程序中进行计算。计算结果发现，不同本构模型对不同材料的预测精度不同，修正的Johnson-Cook模型对锻态7050铝合金的预测精度最高，应变补偿的Arrhenius模型对挤压态7050铝合金预测精度最高。分别选用适用于锻态和挤压态7050铝合金的最优本构模型经遗传算法优化模型参数后对其进行DEFORM流动应力二次开发，建立了基于DEFORM软件对某航空锻件锻造工艺开发数值模拟前处理运算的基础。通过模拟试错分析了该锻件预锻和终锻坯料结构对成形结果的影响，在终锻过程，加高预锻件筋条可显著提升锻件充填同步性，改善充填顺序，降低成形载荷；在预锻过程，圆形棒料能够有效避免折叠、刮料等问题。
⑤基于加工图建立了失稳与应变速率和变形温度关系的判断函数。对四种加工图的求解与绘制进行基于MATLAB语言的程序实现，使用该程序对锻态和挤压态7050铝合金的加工图进行求解，并对多个应变下的失稳图进行叠加，建立失稳与应变速率和变形温度的判断函数。将失稳判断函数引入DEFORM软件后处理中进行分析，获得了某航空锻件合理的成形工艺参数。通过进行在不同下压速度、模具及坯料温度条件下的模拟试错分析，在模具温度为350~400℃范围内，确定了终锻的合理工艺参数区间为0.5~1.9mm/s和360~450℃，对应的成形载荷在1.62~2.6万吨范围内；预锻的合理参数区间为0.5~5mm/s和360~450℃，对应的成形载荷在1.25~2.04万吨范围内。
⑥采用下压速度为0.5mm/s、坯料和模具出炉温度分别为430℃和450℃，并在考虑坯料和模具转运温降的前提下对整个锻造工艺进行全流程数值模拟。分析模拟结果发现，终锻和预锻成形载荷分别为1.8万吨和1.44万吨，锻后温度均在合理变形参数区间范围内，且没有出现失稳、折叠和充填不满缺陷。将该工艺应用于生产试制中，发现实际生产过程中终锻和预锻载荷分别为1.71万吨和1.39万吨，产品形状尺寸和性能合格，没有缺陷，并成功交付主机厂。
本文以7050铝合金热变形行为和某航空锻件的锻造工艺开发为主要研究对象。对锻态7050铝合金进行了热压缩试验获得流动应力数据，对流动应力数据进行了温度修正和摩擦修正，并建立了四种本构模型和四种加工图，引入了相关系数（R）和平均相对误差绝对值（AARE）对模型进行评估。在此基础上，采用MATLAB语言开发了流动应力本构模型和热加工图快速求解与评估程序。使用该程序优选了锻态和挤压态7050铝合金的流动应力本构模型与加工图，并将对应的模型与加工图基于FORTRAN语言分别应用于DEFORM软件前处理和后处理的二次开发。基于此研究，对某航空锻件锻造工艺进行设计，分别对坯料形状结构和锻造工艺参数两方面进行了优化，避免了生产过程中可能出现的折叠、充填不满、成形载荷高和流动失稳等缺陷，并最终经过生产试制得到了合格的产品，成功交付主机厂。本论文的主要研究工作如下：
①以锻态7050铝合金材料为例，建立了该合金四种本构模型并进行精度对比。通过热压缩试验获得了锻态7050铝合金在0.01~10s-1和330~480℃范围内的流动应力数据并对其进行温度和摩擦修正。结果发现，热变形过程中，变形温升随应变速率的增加和成形温度的降低而增加，且温升和摩擦对流动应力的影响较大，不可忽视。基于修正的流动应力数据，建立了该合金修正的Johnson-Cook、修正的Zerilli-Armstron、应变补偿的Arrhenius和修正的Hansel-Spittel四种本构模型，经过比较，对该合金而言，修正的Johnson-Cook模型精度最高。
②建立了基于四种失稳准则的热加工图。基于修正的流动应力数据计算了应变速率敏感指数、温度敏感指数和应变硬化指数，并在此基础上，建立了基于Kumar-Prasad、Murty-Rao、Gegel和Alexander准则的热加工图。通过比较发现，基于Kumar-Prasad准则的加工图失稳区普遍比基于Murty-Rao准则的加工图失稳区范围大，Gegel和Alexander加工图失稳区域相似，经过微观组织观测对比发现，Murty-Rao加工图精度最高。
③实现了对四种本构模型的求解过程的编程并采用遗传算法对模型参数进行了优化。采用MATLAB语言对合金的四种本构模型求解及优化过程进行编程，通过程序遍历所有参考条件可以发现，参考条件的选取对修正的Johnson-Cook模型和修正的Zerilli-Armstrong模型的预测精度影响巨大，优选参考条件可以显著提高预测精度。同时，引入遗传算法对模型参数进行优化可进一步提高预测精度，例如，锻态7050铝合金的Zerilli-Armstrong模型在遗传算法优化前AARE值为7.4192%，优化后为6.3292%。此外，本文还利用MATLAB针对加工图求解、自动生成DEFORM二次开发代码等几方面进行了编程，引入MATLAB GUI设计了程序界面，并采用Ti-6554合金的流动应力数据对程序的可靠性、拓展性进行了验证。
④不同本构模型对锻态和挤压态7050铝合金的流动应力的预测精度不同，将锻态和挤压态7050铝合金流动应力数据分别导入本构模型求解程序中进行计算。计算结果发现，不同本构模型对不同材料的预测精度不同，修正的Johnson-Cook模型对锻态7050铝合金的预测精度最高，应变补偿的Arrhenius模型对挤压态7050铝合金预测精度最高。分别选用适用于锻态和挤压态7050铝合金的最优本构模型经遗传算法优化模型参数后对其进行DEFORM流动应力二次开发，建立了基于DEFORM软件对某航空锻件锻造工艺开发数值模拟前处理运算的基础。通过模拟试错分析了该锻件预锻和终锻坯料结构对成形结果的影响，在终锻过程，加高预锻件筋条可显著提升锻件充填同步性，改善充填顺序，降低成形载荷；在预锻过程，圆形棒料能够有效避免折叠、刮料等问题。
⑤基于加工图建立了失稳与应变速率和变形温度关系的判断函数。对四种加工图的求解与绘制进行基于MATLAB语言的程序实现，使用该程序对锻态和挤压态7050铝合金的加工图进行求解，并对多个应变下的失稳图进行叠加，建立失稳与应变速率和变形温度的判断函数。将失稳判断函数引入DEFORM软件后处理中进行分析，获得了某航空锻件合理的成形工艺参数。通过进行在不同下压速度、模具及坯料温度条件下的模拟试错分析，在模具温度为350~400℃范围内，确定了终锻的合理工艺参数区间为0.5~1.9mm/s和360~450℃，对应的成形载荷在1.62~2.6万吨范围内；预锻的合理参数区间为0.5~5mm/s和360~450℃，对应的成形载荷在1.25~2.04万吨范围内。
⑥采用下压速度为0.5mm/s、坯料和模具出炉温度分别为430℃和450℃，并在考虑坯料和模具转运温降的前提下对整个锻造工艺进行全流程数值模拟。分析模拟结果发现，终锻和预锻成形载荷分别为1.8万吨和1.44万吨，锻后温度均在合理变形参数区间范围内，且没有出现失稳、折叠和充填不满缺陷。将该工艺应用于生产试制中，发现实际生产过程中终锻和预锻载荷分别为1.71万吨和1.39万吨，产品形状尺寸和性能合格，没有缺陷，并成功交付主机厂。