实现钛合金精确锻造的工艺条件优化方法研究

精确锻造是航空钛合金构件朝着形状尺寸精密化、组织结构精确化方向发展的迫切需要。项目通过综合发挥加工图技术在"精确控性"和有限元技术在"精确控形"方面的功能，探索优化钛合金精确锻造工艺条件的新思路和新方法。通过加工图技术来确定出流变失稳区、稳定加工区、较佳加工区和最佳加工区的热力参数边界条件及其对应的微观变形机制和组织/缺陷类型之间的关系；以"热力参数"为连接桥梁，提出实现加工图技术和有限元技术有效结合起来的新思路和新方法；通过利用有限元技术在优化应力状态可加工性方面的功能，把由加工图技术确定出的热力参数边界条件与锻造工艺条件（即外部施加的热力参数、坯料设计、模具设计和摩擦条件等）联系起来，探索根据锻件的组织要求来预测和优化外部锻造工艺条件的新思路和新方法。研究成果可为实现钛合金的精确锻造开辟一条新思路并提供理论支撑；研究成果也可推广到它合金，这对带动其它行业的技术进步和发展也具有重要意义。

基于动态材料模型的加工图技术可以获得各类变形组织的热力参数范围，实现对变形组织类型的预测，从“精确控性”的角度优化材料的内禀可加工性，但优化的热力参数范围是变形体内部的热力参数；利用有限元技术可以获得特定变形条件下的锻件内部热力参数场变量，从“精确控形”的角度优化材料的应力状态可加工性，但难以对变形组织进行模拟与预测。基于加工图技术和有限元技术分别具有从“精确控性”和“精确控形”的角度来优化锻造工艺的功能，提出一种优化精确锻造外部工艺条件的思路和方法。该方法通过二次开发引入到商品化有限元软件中可实现根据锻件的形状和组织要求来模拟优化外部锻造工艺条件，这为制定合理的精确锻造工艺方案提供了一条经济、高效的途径。在热模拟压缩实验的基础上，利用TC11钛合金的加工图确定出失稳变形组织、过渡区变形组织、动态再结晶变形组织及超塑性变形组织的热力参数窗口，通过对Deform有限元软件的二次开发，将这些窗口引入到有限元模型中，对各类变形组织在压缩过程中的演变规律进行了模拟和预测，并通过对压缩试样内部热力参数场变量的分析以及对压缩试样微观组织的观察，验证了模拟结果的可靠性。