TC4钛合金锻件锻造过程数值模拟和工艺优化

TC4钛合金鼓筒锻件锻造模拟及组织预测
朱旭晖;朱崇伟;欧文超;邓雨亭;刘东
【期刊名称】《钛工业进展》
【年(卷),期】2024(41)2
【摘要】采用刚塑性有限元方法和DEFORM-2D软件对TC4钛合金鼓筒锻件锻造过程和等轴初生α相的分布情况进行数值模拟,比较对击锤锻造和液压机锻造2种工艺下的温度场及应变分布情况。

模拟结果表明:对击锤锻造易产生类似切削的缺陷,通过设计合适的坯料内侧倾角可以显著改善缺陷形成;液压机锻造成形后的锻件温度分布、应变分布和组织均较为均匀,不易产生锻造缺陷,是TC4钛合金鼓筒锻件成形的较优方式。

液压机锻造的TC4钛合金锻件中等轴初生α相含量由心部到边缘逐渐增大,经组织验证,其等轴初生α相分布基本符合模拟云图。

【总页数】5页(P1-5)
【作者】朱旭晖;朱崇伟;欧文超;邓雨亭;刘东
【作者单位】中国航发沈阳发动机研究所;中国航发北京航空材料研究院;西北工业大学材料学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG316;TG146.23
【相关文献】
1.TC4钛合金锻件锻造过程数值模拟和工艺优化
2.TC4钛合金异形锻件锻造工艺探索
3.飞机用大型TC4钛合金锻件锻造工艺初探
4.TC4钛合金锻件锻造过程三维热力耦合有限元模拟
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钛合金多向锻造数值模拟龚龙清;许川;袁宝国【摘要】目的研究TC4钛合金在多向锻造过程中的变形行为.方法基于Deform-3D模拟软件平台,对钛合金的多向锻造变形过程进行有限元模拟分析,研究不同工艺参数(锻造温度、锻造速度、锻造工步)下合金最大主应力、等效应变和载荷最大值的变化规律.结果多向锻造的每工步锻造为典型的镦粗过程,坯料中心部位一直受压应力作用,鼓肚处则出现最大拉应力.随着锻造温度的升高和锻造速度的减小,最大压应力和拉应力均减小,多工步锻造之后合金主应力场分布更加均匀.随着锻造工步的增加,坯料等效应变增大且中心大变形区域体积分数增加.最大载荷随锻造温度的升高和锻造速度的降低而减小,相同参数下不同锻造工步的载荷最大值变化不大.结论锻造温度、锻造速度、锻造工步对TC4钛合金多向锻造变形行为有显著的影响,适当选择多向锻造工艺参数,可以降低载荷并获得均匀性较好的坯料.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2016(008)006【总页数】6页(P54-59)【关键词】数值模拟;TC4钛合金;多向锻造【作者】龚龙清;许川;袁宝国【作者单位】合肥工业大学材料科学与工程学院,合肥230009;合肥工业大学材料科学与工程学院,合肥230009;合肥工业大学材料科学与工程学院,合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TG316合金，该合金的使用量占到全部钛合金的一半以上。

材料的性能和其组织状态紧密相关，利用大塑性变形的方法可以改善合金的组织结构。

多向锻造技术（Multi-directional forging, MDF）作为大塑性变形的一种代表性工艺，与其他大塑性变形方法相比，具有工艺简单、成本低等优点[6—7]，使用现有工业设备就能完成。

多向锻造技术最早是由Salishchev G A[8]等人提出，于20世纪60年代发展起来，其实质是在多次镦粗和拔长的自由锻过程中，锻造方向不断的发生变化。

多向锻造技术已经运用于钛合金[9]、铝合金[10—11]、镁合金[12—13]和不锈钢[14]等材料组织性能的改善过程。

TC4钛合金及其性能优化工艺钛合金是一种重要的结构材料，具有优异的力学性能和良好的耐腐蚀性能，在航空航天、汽车、医疗等领域得到广泛应用。

TC4钛合金是一种特殊的钛合金，由钛、铝、钒等元素组成，具有优良的综合性能。

然而，如何进一步优化TC4钛合金的性能成为了工程技术人员的关注焦点。

本文将介绍TC4钛合金的特性以及常见的性能优化工艺。

一、TC4钛合金的特性TC4钛合金是一种α+β相结构的钛合金，具有较高的强度、良好的塑性和韧性。

它的主要成分为钛和铝，钛的含量约为90%，铝的含量约为6%。

此外，还含有小量的钒和铁等元素。

这些元素的加入可以显著提高合金的机械性能和耐腐蚀性能。

1. 强度和硬度：TC4钛合金具有较高的强度和硬度，居于钛合金中的中高水平。

它的屈服强度约为900MPa，抗拉强度约为1000MPa。

同时，TC4钛合金的硬度为HB280左右。

2. 塑性和韧性：TC4钛合金具有良好的塑性和韧性，在高温下仍能保持较高的塑性变形能力。

它的断面收缩率约为20%，冲击韧性为54J/cm^2。

3. 耐腐蚀性能：TC4钛合金具有良好的耐腐蚀性能，能够抵抗大多数酸、碱和盐溶液的腐蚀。

它在海水中的腐蚀速率远低于不锈钢，在氯离子环境下的抗腐蚀性能优于纯钛。

二、TC4钛合金的性能优化工艺为了进一步提高TC4钛合金的性能，工程技术人员采取了一系列的优化工艺。

1. 热处理工艺：热处理是一种重要的优化TC4钛合金性能的方法。

常见的热处理工艺包括固溶处理和时效处理。

固溶处理可以消除钛合金中的固溶体，提高合金的塑性和韧性。

时效处理可以通过析出细小的相粒子，提高合金的强度和硬度。

2. 加工变形：通过冷变形和热变形等加工手段，可以显著改善TC4钛合金的力学性能。

冷变形可以提高合金的强度，但会对韧性产生一定的负面影响。

热变形可以在一定程度上提高合金的塑性和韧性，但需要注意合金的热稳定性，避免发生相变。

3. 添加合金元素：钛合金中添加适量的合金元素可以调节合金的组织和性能。

TC4钛合金锻件锻造过程数值模拟和工艺优化
牟正君;张立文;吕成
【期刊名称】《航空制造技术》
【年(卷),期】2007(000)0z1
【摘要】利用刚(粘)塑性有限元法对某TC4钛合金锻件的锻造过程进行了数值模拟.分析了变形过程中锻件的变形情况以及应力场和损伤值的分布,进而对变形过程中出现的裂纹、折叠等锻造缺陷的成因进行了数值分析.对修改下模型腔尺寸后锻件的变形过程进行了模拟,得出了最佳工艺尺寸.
【总页数】4页(P538-541)
【作者】牟正君;张立文;吕成
【作者单位】大连理工大学材料科学与工程学院;大连理工大学材料科学与工程学院;大连理工大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】V2
【相关文献】
1.对锻造炉内锻件升温过程的数值模拟 [J], 王增欣;王春阳;杨迎春
2.TC4钛合金叶片锻造过程中晶粒尺寸的数值模拟 [J], 史延沛;李淼泉;罗皎
3.大型圆筒形锻件高温锻造过程数值模拟 [J], 许飞霞;崔振山;陈文;付强
4.TC4钛合金等温锻造过程的数值模拟和实验研究 [J], 吴伏家;尹晓霞;赵长瑞
5.TC4钛合金锻件锻造过程三维热力耦合有限元模拟 [J], 吕成;张立文;牟正君;裴继斌
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TC4钛合金自由锻过程相变模拟与工艺分析
徐新生;闫俊霞;何雪明;张皓晔
【期刊名称】《轻工机械》
【年(卷),期】2022(40)3
【摘要】为了揭示TC4钛合金自由锻过程中相的演变规律,课题组建立了TC4钛合金的相变模型,对其成形工艺进行数值模拟,并利用平均值和标准差值作为评价指标,对模拟结果进行分析。

结果显示:温度在700℃左右时,α相开始向β相发生转变,当达到1000℃后,转变率达到100.0%直至加热结束;镦粗的最佳高径比为2.5,锻件对应的平行边距D=410 mm;锻件与模具接触处形成温度骤降区,首先发生β相到α+β相的转变,2相占比平均值呈相反演变趋势,标准差值为相同演变趋势。

基于模拟的锻造工艺,能够有效地缩短试验周期,提高产品合格率,本研究为大型钛合金自由锻工艺提供了参考。

【总页数】7页(P43-49)
【作者】徐新生;闫俊霞;何雪明;张皓晔
【作者单位】江南大学江苏省食品先进制造装备技术重点实验室;江南大学机械工程学院;无锡宏达重工股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG316.2;TH142
【相关文献】
1.树脂膜熔渗工艺充模过程的模拟与分析
2.TC4钛合金相变温度的测定与分析
3.TC4钛合金薄壁圆管纵缝TIG焊接模拟与分析
4.TC4钛合金锻件锻造过程数值模拟和工艺优化
5.TC4钛合金铣削过程的有限元分析
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钛合金TC4零件的加工工艺研究摘要】本文介绍了钛合金材料基本特性,并着重从零件加工方面介绍了钛合金TC4切削加工的特点、加工技巧以及加工过程中的注意事项。

【关键词】钛合金加工化学中图分类号：TH161文献标识码：Ａ文章编号：ISSN1004-1621（2020）07-051-02前言近些年，随着军用装备的研发与制造不断向着轻便、灵活方向发展，为了满足战斗装备对战斗性能要求，除了采用先进的设计技术外，还必须采用性能优良的材料以及先进的工艺制造技术，其中提高钛合金零件的选用、提高先进钛合金应用水平也是措施之一。

钛合金TC4材料具有强度高、热强度高、抗蚀性好、低温性能好、化学活性大、导热弹性小等优点，故近年来随着航空航天的飞速发展，钛合金TC4零件在航空航天领域的使用范围逐年增长，所占比例逐渐增大。

但TC4的切削性能较差，影响TC4零件的加工质量和效率。

一、钛合金TC4材料加工特性分析通过对8个批次（1000件）TC4材料的零件加工研究，掌握钛合金TC4的加工性较差的主要表现为：切削刀具寿命短；切削过程温度高；同等面积相对切削力大；易出现冷硬现象。

并针对其特点进行了原因分析：(1)切削刀具寿命短：由于钛合金TC4对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下，刀具很容易产生粘结磨损,尤其在车削钛合金TC4时，有时前刀面的磨损甚至比后刀面更为严重。

若TC4原材料毛坯经过模锻、自由锻、冲压等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金TC4加工中最困难的工序。

另外钛合金TC4材料的导热系数低。

切屑面与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削变形区和切削刃附近的较小范围内，加工时切削刃刃口处会产生极高的切削温度，也会大大缩短刀具寿命。

(2)切削过程温度高：由于钛合金TC4的导热系数很小，切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。

TC4钛合金切削过程的有限元模拟TC4钛合金因其优异的综合性能，在航空航天、汽车制造等领域得到了广泛应用。

而钛合金的切削加工一直是一个具有挑战性的过程，原因在于其高硬度、高切削温度和高切削力等特性。

为了改进切削过程的效率和品质，有限元模拟成为一种有效的工具。

下面，我们将对TC4钛合金切削过程的有限元模拟进行详细介绍。

有限元模拟是一种基于数值方法的模拟技术，将实际的切削过程转化为数学模型，并利用计算机软件对其进行求解和分析。

通过有限元模拟，我们可以预测切削过程中的切削力、切削温度和切削变形等参数，从而优化切削过程的参数和工艺。

首先，我们需要建立切削过程的有限元模型。

模型的建立需要考虑切削刀具、工件和切削区域的几何形状和材料特性等因素。

在切削模型中，采用实体元素表示切削刀具和工件，并将切削区域离散化为小网格。

对于TC4钛合金的材料特性，我们需要考虑它的塑性变形、热传导和变形硬化等因素。

接下来，我们需要定义切削过程的边界条件。

边界条件包括刀具的加工速度、切削深度和进给速度等参数。

同时，还需要考虑切削液的冷却效果和摩擦系数等因素。

这些参数将直接影响切削过程中的切削力和切削温度。

有限元模拟过程中，我们需要选择合适的切削模型和数值求解方法。

切削模型一般包括切削力模型、切削温度模型和切削变形模型等。

对于TC4钛合金的切削过程，我们可以选择Johnson-Cook模型或者经验公式来描述切削力和切削温度的变化。

数值求解方法一般采用有限元软件进行计算，如ANSYS、ABAQUS等。

最后，我们需要对有限元模拟结果进行验证和分析。

模拟结果包括切削力、切削温度和切削变形等物理量的分布和变化规律。

通过与实际切削加工结果的对比，可以评估模拟的准确性，并进行参数优化和工艺改进。

总结起来，TC4钛合金切削过程的有限元模拟是一种重要的工艺优化工具。

通过模拟，我们可以预测切削过程中的切削力、切削温度和切削变形等参数，从而优化切削过程的参数和工艺。

TC4 钛合金锻件疲劳寿命分析及其仿真模型修正摘要：本文通过对TC4 钛合金锻件的疲劳寿命进行分析，建立了一种修正的仿真模型。

首先介绍了TC4 钛合金锻件的应用和特点，随后从材料、几何形状、应力等因素的角度分析了疲劳寿命的影响因素，提出了一种修正因素的疲劳寿命预测方法。

然后采用有限元方法进行模拟计算，得出了仿真模型的疲劳寿命预测结果，并将其与实验数据进行比较和修正。

最后，通过本文的研究可以提供一定的参考和建议，以改进TC4 钛合金锻件的使用和设计。

关键词：TC4 钛合金锻件；疲劳寿命；仿真模型；修正Abstract：In this paper, the fatigue life of TC4 titanium alloy forgings is analyzed, and a modified simulation model is established. First, the application and characteristics of TC4 titanium alloy forgings areintroduced. Then, from the perspective of material, geometry, shape, stress and other factors, the influencing factors of fatigue life are analyzed, and a fatigue life prediction method with modified factors is proposed. Then, finite element method is used to simulate and calculate, and the predicted results of the simulation model are compared and corrected with experimental data. Finally, through the research in this paper, some reference and suggestions can be provided to improve the use and design of TC4 titanium alloy forgings.Keywords: TC4 titanium alloy forgings; fatigue life; simulation model; modification引言：TC4 钛合金由于其优异的高温、高强度、高刚性等特性，已经得到广泛的应用，例如航空航天、汽车、机械工程等领域。

钛合金TC4锻造工艺研究发布时间：2023-02-20T06:05:48.216Z 来源：《建筑实践》2022年10月19期作者：刘飞任辉刘艳春[导读] 钛合金具有质量轻、比强度高、耐热性好、抗腐蚀性好等优点刘飞任辉刘艳春内蒙古北方重工业集团有限公司内蒙古包头市 014030摘要：钛合金具有质量轻、比强度高、耐热性好、抗腐蚀性好等优点，在国防军工和国民经济中被广泛应用。

但在锻件生产过程中，由于TC4材料组织在变形过程中对变形温度和变形程度极为敏感，容易出现大批量高低倍组织不合格的现象，进而影响钛合金材料的塑性和高温强度，这些不合格组织如粗大晶粒、魏氏组织等对于宇航军工产品来说是致命的隐，因此近些年来有效控制TC4锻件的组织成为研究热点。

本文主要对钛合金TC4锻造工艺进行了简单的探讨，以供相关人员参考。

关键词：TC4钛合金；锻造；工艺研究引言随着塑性成形加工技术的不断发展，市场对锻件产品质量要求不断提高，了解和掌握生产加工工艺对产品质量的影响，并通过控制工艺参数来提高产品质量是非常重要的。

其中，锻造是塑性变形中的一种代表性工艺，通过对锻件进行反复的镦粗拔长使锻件产生较大的变形、累积较大应变，主要目的是细化晶粒、消除锻件内部缺陷、提高锻件性能，总体上使合金材料的组织性能得到改善，并且锻件的内部组织、力学性能和服役寿命均超过了铸件。

然而锻件在锻造过程中容易产生裂纹并影响锻件的合格率，而损伤值的大小是衡量锻件塑性变形过程中裂纹出现几率的指标，当锻件损伤值达到临界值时裂纹萌生。

因此，了解不同锻造工艺参数下的损伤值，对保证锻件成形质量、提升锻件在服役期间的可靠性具有重要意义。

1、TC4钛合金的概述钛合金TC4材料的组成为Ti-6Al-4V，属于(α+β)型钛合金，具有良好的综合力学机械性能。

（1）钛合金的热导率低。

钛合金的热导率为铁的1/5、铝的1/10，TC4的热导率l=7.955W/m·K。

（2）钛合金的弹性模量较低。