TC18钛合金模锻件锻造成形工艺仿真

TC18 钛合金机械支座模锻成形特性的研究随着现代机械工业的发展，合金材料的使用越来越广泛。

其中，TC18 钛合金具有较高的强度、刚度和耐蚀性，在航空航天工业、化工制药等领域得到广泛应用。

在钛合金机械支座中，模锻成形是一种常见的制造工艺。

因此，本文旨在研究TC18 钛合金机械支座的模锻成形特性。

一、TC18 钛合金的特性TC18 钛合金是一种真空熔炼制造的α+β相钛合金。

它具有良好的机械性能、高温强度、低密度等优点，在航空航天、化工、医疗等领域得到广泛应用。

其主要化学成分为Ti-6Al-4V-0.25Fe-0.2Y 等，具有以下性质：1.高强度、高耐蚀性。

TC18 钛合金的拉伸强度为890MPa，屈服强度为790MPa，比强度高，且具有良好的抗腐蚀性能。

2.良好的加工性能。

由于其相结构以及化学成分的优化，TC18 钛合金具有较佳的热加工性能，可以采用多种加工工艺进行成形。

3.低密度。

TC18 钛合金的密度为4.43g/cm³，相对于钢材等金属材料来说，具有较低的密度，可以减轻设备重量。

二、模锻成形工艺模锻是一种通过金属在模具中受力进行形变而制造零件的工艺。

模锻同样具有以下工艺特点：1.材料经过锻造后，具有高强度，高韧性等优点，可以有效提高零件的力学性能。

2.零件的形状、尺寸容易控制。

模锻成型工艺可以有效控制零件的尺寸和形状，使零件达到设计要求。

3.生产效率高。

相对于其他工艺，模锻生产效率高，且可以进行批量生产。

三、TC18 钛合金机械支座的模锻成形工艺研究1.模具设计模具是模锻成型的关键，其设计直接关系到成型质量。

针对TC18 钛合金的机械支座，需要设计合理的模具。

通常情况下，模具分为四个组成部分：上模盘、下模盘、模芯、分模夹具等。

在模具设计中，需要考虑材料的热膨胀系数、材料的导热性能等因素。

2.热处理工艺热处理工艺是模锻工艺的必须流程。

通过加热和冷却处理，可以改变材料的组织结构，提高材料的强度和韧性。

基于机器学习的TC18钛合金起落架锻造成形工艺智能优化唐学峰;王志洲;冯仪;余俊;邓磊;金俊松;王新云
【期刊名称】《塑性工程学报》
【年(卷),期】2024(31)4
【摘要】针对TC18钛合金加工窗口窄、零件成形质量与性能的预测以及工艺参数的优化设计困难的问题,通过热压缩试验分析了TC18钛合金的热变形行为与微观组织演变规律。

基于Bayesian算法优化构建了TC18钛合金热变形流动应力和微观组织演变的深度神经网络(DNN)模型。

通过对UG和Deform的二次开发,完成了不同工艺参数下起落架锻造的自动建模与仿真,并建立了预锻件的尺寸-工艺-质量数据库。

结合DNN和遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)、快速非支配排序遗传算法(NSGA2)确定了最优的预锻件工艺参数。

结果表明,采用NSGA2优化后锻件最大成形力R_(Tmax)可降低40.6%,目标截面的平均初生α相含量为0.207,接近最优含量20.0%。

【总页数】13页(P254-266)
【作者】唐学峰;王志洲;冯仪;余俊;邓磊;金俊松;王新云
【作者单位】华中科技大学材料成形与模具技术全国重点实验室;武汉新威奇科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG316.8
【相关文献】
1.基于Murty判据的粗片层状TA15钛合金β相区锻造工艺参数优化
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5.基于响应面法的喷射成形7055铝合金飞机轮毂锻造工艺优化
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tc18钛合金原材料异常组织的锻造工艺TC18钛合金原材料异常组织的锻造工艺异常组织的定义•异常组织是指材料在制备过程中出现的非理想、不均匀的晶体组织结构。

•TC18钛合金作为一种重要的结构材料，在锻造过程中出现异常组织将严重影响其性能和品质。

锻造工艺对异常组织的影响•选择合适的锻造温度和参数，对减少或消除异常组织具有重要意义。

•合理的变形量和变形速率可以改善结晶体的排列，减少晶界缺陷。

•锻造过程中的热处理和退火工艺也对异常组织的形成和消除有一定影响。

常见异常组织与形成原因1.断续晶界：锻造过程中温度不均匀，导致晶界处冷却速度不一致。

2.大晶粒：高温下长时间停留，晶粒长大。

3.晶间挤出：过度的变形压力导致晶界失稳，晶粒沿晶界方向滑移挤出。

4.异常铸态：原材料本身存在不均一成分分布。

降低异常组织的措施•温度控制：保持锻造温度均匀，避免温度梯度过大。

•变形量和变形速率控制：根据材料特性选择合适的变形量和变形速率。

•退火处理：根据材料的异常组织情况，选择适当的退火工艺消除异常组织。

•原材料检测与筛选：选择质量优良、成分均匀的原材料。

结论•TC18钛合金原材料异常组织的锻造工艺对最终产品的质量和性能具有重要影响。

•通过科学合理的温度控制、变形量和变形速率控制、退火处理以及优质原材料的选择，可以有效降低异常组织的形成，提高产品的品质和性能。

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优化锻造参数•锻造温度：选择合适的锻造温度是降低异常组织的关键。

过高的温度会导致晶粒长大，而过低的温度可能导致晶界冷却速度不均匀。

•变形量与速率：适当的变形量和变形速率可以改善晶粒的细化和排列，减少晶界缺陷的形成。

过度的变形量和速率可能导致晶间挤出或断续晶界的形成。

热处理与退火工艺•热处理：在锻造过程结束后，进行适当的热处理可以消除锻造过程中形成的异常组织，并提高材料的强度和韧性。

TC18钛合金变形本构关系及其热轧过程有限元仿真的应用王新平;李礼;张晓泳;周科朝;李超【摘要】Based on thermal simulation a Arrhenius type constitutive relationship of TC18 titanium alloy was applied to the finite element simulation of multi-lane hot rolling. The field of temperature, stress−strain and damage and the load−time status at every lane were investigated to predict the rolling size and the specification of rolling mill. The error in spreading width and rolling length between simulating and experimental results are less than 0.7%and 4%at each lane, respectively. Crack occurs at 1 mm edge of the workpiece after four-lane hot rolling experiment, which is in accordance with the damage field obtained from simulation. The above verification shows that the simulation are coincident with the experimental results.% 基于热模拟试验，构建TC18合金的Arrhenius型材料本构关系，并将其应用于TC18板坯多道次轧制工艺的有限元仿真，获得各道次轧制过程中的轧件温度场、等效应力−应变场、损伤场等分布情况以及载荷−轧制时间状态，进而为轧件尺寸预测以及轧机规格的选取提供指导.轧件每道次仿真所得尺寸与具体试验所得尺寸比较可知，宽展误差不超过0.7%，长度误差不超过4%.经四道次热轧试验后，在轧件边缘1 mm区域出现了裂纹，与仿真所得损伤场分布一致.上述验证表明仿真结果能够与热轧试验较好吻合.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】10页(P379-388)【关键词】TC18钛合金;热轧;本构关系;有限元【作者】王新平;李礼;张晓泳;周科朝;李超【作者单位】中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】TG113;TG146钛合金板材已被广泛应用于航空航天、航海、冶金、化工、医疗以及体育休闲等领域，其使用量占钛材总产量的 50%以上[1−3]。

大型钛合金模锻件模锻成形过程建模仿真张大伟;赵升吨;朱骏;李雪;景飞;李蓬川;罗恒军【摘要】大型钛合金锻件是飞机的关键承力构件.由于尺寸大、横截面变化显著、结构复杂,钛合金大型锻件的模锻过程极其复杂,因此数值模拟技术成为研究该成形过程的有效途径.建立一个合理可靠的3D有限元模型成为研究发展大型钛合金锻件模锻成形过程迫切需要解决的关键问题之一.本文基于DEFORM-3D建立了该工艺的一个合理的有限元模型,研究成形过程中温度、应变、损伤分布特征及变化特征.结果表明:塑性变形功补偿部分热量损失,阻止激冷层扩展;锻件前段截面积变化显著,成形过程容易导致宏观裂纹出现;由于材料分流,锻件下方横向筋处产生裂纹的倾向较大.【期刊名称】《重型机械》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】5页(P10-14)【关键词】非等温锻造;大型锻件;钛合金;热力耦合;有限元法【作者】张大伟;赵升吨;朱骏;李雪;景飞;李蓬川;罗恒军【作者单位】西安交通大学机械工程学院,陕西西安 710049;西安交通大学机械工程学院,陕西西安 710049;西安交通大学机械工程学院,陕西西安 710049;西安交通大学机械工程学院,陕西西安 710049;西安交通大学机械工程学院,陕西西安710049;中国第二重型机械集团公司,四川德阳 618000;中国第二重型机械集团公司,四川德阳 618000【正文语种】中文【中图分类】TG3160 前言航空航天构件日益要求高性能、轻量化、低成本，这就使得使用轻质难变形合金材料、带有复杂轻量化结构、没有焊缝和铆接的整体构件在航空航天领域中应用越来越广泛［1-3］。

TC18(Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe)钛合金焊接性能好、淬透截面厚度大、退火状态强度高，替换TC4钛合金锻件可使飞机减重15%～20%，因此在制造大型承力构件方面具有很大的优势，特别适合于制造飞机机身和起落架上的大型承力结构件［4-6］。

TC18模锻件断裂韧性不合格原因分析及工艺改进研究摘要：针对TC18钛合金模锻件存在断裂韧性不合格的现象，通过形成机理分析原因并进行工艺改进，得到合格的断裂韧性数值。

结果表明：缩短荒坯出炉并摆正在模具型腔上的时间，以及采用模具型腔垫石棉隔阻热等工艺措施，降低荒坯表面金属与下模型腔冷却温差，保证荒坯表面金属锻压延展的可变形量，均为改善TC18 模锻件断裂韧性的明显手段。

关键词：TC18 钛合金；锻件；断裂韧性；准β锻造1 引言TC18 是一种新型的高合金化α+β两相合金材料，其名义成分为Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe，兼备β钛合金及α+β钛合金的性能特点，具有很高的强度和韧性，且淬透性非常优异[1-2]。

这些优势使得TC18 合金广泛应用于航空工业，常用于制造飞机机身和前后起落架上的高承力结构件。

由于TC18钛合金锻件使用在飞行器高承力结构位置，故对其组织及力学性能的要求较高[3-4]。

TC18钛合金锻件组织形成较为复杂，其中α相及β相的形态及组成分布都会影响锻件性能，为生产出合格锻件保证锻件质量，对锻件工艺方案制定以及锻造过程的工艺控制带来了新的挑战。

本研究针对某TC18模锻件断裂韧性不合格缺陷进行机理分析，并针对性的提出工艺改进措施，探索制备高质量TC18模锻件的一条有效途径。

2 试验材料、设备及方法2.1 试验材料本试验以弧形且带拐弯小头部分模锻件实体做为试验材料，锻件三维形貌以及外廓尺寸见图1，锻件长度方向尺寸较长（961mm），而横向截面的宽度(76mm)、厚度(86mm)尺寸较小。

锻件取试样图见图2，要求的断裂韧性值为K1C≥60MPa.m1/2，测定T-L方向四个断裂韧性数值分别为57.9 MPa.m1/2、59.4 MPa.m1/2、56.1 MPa.m1/2、58.3 MPa.m1/2，出现断裂韧性不合格现象。

图1模锻件三维外形图2模锻件断裂韧性取样位置图2.2 试验设备试验设备采用1000T快锻机制坯，8000T电动螺旋压力机进行锻造。