等温局部加载下钛合金成形与组织形态演化的定量关联机制

如何实现成形与组织一体化协调控制是钛合金等温局部加载成形技术应用与发展的关键，而成形与组织形态演化的定量关联机制是首先需要研究解决的关键基础问题。研究基于钛合金微观结构的相组分有限元建模方法、相组分材料建模方法以及与元胞自动机算法的耦合方法，建立耦合元胞自动机算法的钛合金等温局部加载成形相组分有限元模型；基于有限元仿真和试验及理论分析，研究揭示钛合金等温局部加载成形对微观组织形态演化的影响规律；基于微观组织形态量化分析方法，研究揭示钛合金微观组织形态演化对等温局部加载成形性能的影响规律；建立钛合金等温局部加载成形与微观组织形态演化的定量关联关系，基于目标组织，研究确定钛合金等温局部加载成形工艺参数的极限范围，为发展钛合金等温局部加载成形与组织一体化协调控制理论与方法奠定基础。对发展等温局部加载成形先进理论与技术具有重要意义，并可为航空航天用钛合金大型复杂整体构件的高精度高质量制造提供依据。

如何实现宏观成形与组织一体化调控是航空航天用钛合金大型复杂整体构件等温局部加载成形成性一体化制造技术发展和应用的关键，而建立成形与组织性能演化的定量关联关系是进行形性一体化调控的挑战性关键难题。本项目基于多尺度建模仿真与试验验证相结合，研究揭示了等温局部加载条件下钛合金多机制组织形态演化及其与成形性能间的定量关联机制。本项目获得的重要研究进展为：.（1）建立了钛合金宏细观不均匀变形与多机制组织形态演化同步耦合响应的多尺度模型，实现了钛合金等温局部加载成形与组织演化的精确预测。被加拿大滑铁卢大学的Inal教授等(Int J Plast, 2015, 66: 85-102)两大段引用，并跟踪研究。.（2）揭示了等温局部加载下钛合金连续/不连续动态再结晶、晶粒粗化和晶界变形的演化规律，获得了成形条件与组织形态演化的定量关系，为基于目标组织的热工艺参数优选匹配提供了依据。.（3）提出了钛合金复杂粘连组织自动分割与定量分析方法，实现了钛合金微观组织的高效精确定量表征，建立了特征组织与成形性能间的定量关系。提出的两点关系函数线段扫描算法与美国佐治亚理工学院Gokhale教授等(Acta Mater, 2004, 52(2): 307-319)提出的原盘扫描算法相比提高计算效率30倍。.（4）发展了等温压缩+两步热处理获得三态组织的主动调控方法，确定了热加工工艺参数的极限范围与优化匹配方案。确定了初始等轴组织TA15钛合金获得三态组织的条件：950-975ºC等温压缩（空冷）+变形温度以下25℃范围进行热处理（水冷）；或910-975ºC第一步热处理（空冷）+一步热处理温度以下40ºC范围第二步热处理（水冷）。.本项目成果为发展钛合金等温局部加载成形成性一体化调控理论与方法做出了基础性贡献，对发展等温局部加载成形技术具有重要意义，为解决我国航空航天领域迫切需求的钛合金大型复杂构件高性能轻量化成形成性一体化制造技术瓶颈奠定了理论基础。