TC18钛合金三向锻造过程织构模拟与预测

【作者】 陈立全； 杨平；

【机构】 北京科技大学材料科学与工程学院；

【摘要】 TC18钛合金在锻造过程中伴随有晶粒的变形、动态回复或动态再结晶、晶粒长大和相变等过程,织构演变较为复杂,但最终织构主要取决于β相的变形织构。本文主要研究了用宏观有限元模型耦合介观VPSC(Visco-Plastic Self-Consistent)模型模拟TC18钛合金在三向锻造过程中β相的变形织构。对TC18钛合金三向锻造过程进行多尺度的模拟研究,首先通过调节Voce硬化参数来拟合800℃、850℃、900℃和950℃的热压缩应力应变数据,由此可以用VPSC模型模拟TC18钛合金在相应温度下的变形织构。并用热压缩实验的应力应变曲线拟合了TC18钛合金高温下的Arrhenius本构方程,用作有限元模拟的参数。利用DEFORM模拟尺寸为Φ300 mm×800 mm的TC18钛合金棒材宏观三向(Z-Y-X)锻造过程,云图结果显示变形之后不同区域的温度、应力和应变都出现了不均匀性。从有限元模拟的结果分别输出中心、1/2R和边缘的每一步的应变速率分量和时间增量,作为VPSC模型的变形输入条件。用500个具有随机取向的晶粒,由VPSC程序计算不同温度,不同变形速度下的TC18钛合金棒材不同区域β相织构结果。900℃,10 mm/s变形速度,三向锻造每个方向变形量均为40%的计算结果表明,中心经三向锻造之后β相变形织构为立方织构和{110}<112>织构;1/2R处为立方织构和没有连起来的{111}织构;边缘为{111}织构和微弱的{100}织构。三向锻造之后TC18棒材三个区域织构模拟结果产生了不均匀的现象,主要原因是三个区域在三向锻造过程中变形不均匀,心部始终是大变形区,边缘受到的变形则较小,1/2R处则处于心部和边缘的中间状态。同时,棒材的200 mm高、400 mm高和600 mm高的织构模拟结果差异不大,这是由于在棒材轴向进行多个方向锻压使得不同高度同一区域变形较为均匀。对800℃、850℃、900℃和950℃,10 mm/s变形速度,每个方向变形量均为40%的三向锻造的β相织构进行了模拟,不同变形温度的织构结果差异较小。对800℃、900℃,10 mm/s和100 mm/s变形速度,每个方向变形量均为40%的三向锻造的β相织构进行了模拟,不同变形速度的织构结果具有较大的差异,主要是因为不同的变形速度,多晶体对变形过程的力学响应不同,为了满足变形协调,导致开启了不同的滑移系,最终形成了不同的织构。更多还原