改善鈦合金組織結(jié)構(gòu)和制備工藝提高力學(xué)性能

鈦合金顯微組織的多樣性與鈦合金多工序的生產(chǎn)過(guò)程以及各工序過(guò)程的多樣性有著規(guī)律性的聯(lián)系。這種復(fù)雜聯(lián)系決定了傳統(tǒng)方法很難對(duì)鈦合金組織與性能進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制。隨著近年計(jì)算機(jī)與數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，微觀組織數(shù)值模擬方法成為獲得主要工藝參數(shù)對(duì)熱成形工件宏觀和微觀組織影響的定量關(guān)系的有力工具。采用數(shù)值模擬技術(shù)再現(xiàn)微觀組織的演化過(guò)程，不僅可以加深理解組織變化機(jī)理，促進(jìn)現(xiàn)有理論的發(fā)展，而且可以改善材料組織結(jié)構(gòu)和優(yōu)化材料的制備工藝，從而獲得材料預(yù)期的力學(xué)能。

由于數(shù)值模擬技術(shù)使得鈦合金熱加工工藝過(guò)程可以真實(shí)地在計(jì)算機(jī)上再現(xiàn)，所以企業(yè)生產(chǎn)者和科研工作者都利用此技術(shù)研究理想工藝參數(shù)與相應(yīng)組織、力學(xué)性能的關(guān)系，達(dá)到優(yōu)化現(xiàn)行生產(chǎn)工藝和降低新產(chǎn)品、新工藝、新材料研制成本的目的。邵暉[11]等研究了片狀組織TC21鈦合金在兩相區(qū)鍛造過(guò)程中的α相演變。采用DEFORM軟件模擬分析了鍛造過(guò)程中溫度場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)的變化規(guī)律并定量分析了α相的形貌變化，F(xiàn)eret Ratio越小, 形貌趨于球化。結(jié)果表明, 應(yīng)變場(chǎng)與溫度場(chǎng)影響片狀相演變, 在較低的應(yīng)變條件下, 鍛料邊部由于溫度降低較快, 再結(jié)晶充分，鍛料中心位置溫度較高。

與傳統(tǒng)工藝試錯(cuò)法相比，采取模擬技術(shù)作為研發(fā)手段可縮短研制周期、降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化生產(chǎn)工藝，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率和增長(zhǎng)經(jīng)濟(jì)效益的目的。而鈦合金因價(jià)格昂貴、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，其生產(chǎn)工藝的研究迫切需要模擬技術(shù)來(lái)為之開辟捷徑，攻克熱加工溫度范圍窄、工藝—組織—性能關(guān)系復(fù)雜多樣等難題。國(guó)內(nèi)外已采用熱模擬技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)鈦合金熱變形機(jī)制與微觀組織演變開展了大量的研究工作，獲得了力能參數(shù)與工藝參數(shù)、微觀組織關(guān)系等結(jié)果，可起到優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量的作用和效果。但是由于材料性能數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、邊界條件和摩擦參數(shù)難貼近實(shí)際、宏觀變量研究未涉及微觀組織變化等因素，因此模擬結(jié)果跟實(shí)際生產(chǎn)相比存在一定的誤差。未來(lái)鈦合金熱變形機(jī)制及微觀組織演變規(guī)律的研究須將物理模擬技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)有機(jī)結(jié)合，建立更加符合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的宏觀有限元模型，并將其與微觀組織演變模型耦合，力求模擬結(jié)果不僅能為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)提供理論依據(jù)，而且能夠定量地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工藝，最終達(dá)到實(shí)時(shí)跟蹤變形過(guò)程、控制產(chǎn)品質(zhì)量的目的。