[發明專利]近α鈦合金低倍粗晶組織分布的預測方法

有效

• 申請號: 201811474303.1
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN109446728B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 陳雷;張啟飛;金淼;賈偉;莫安軍;孫朝遠;謝靜
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 舒麗亞

1.一種近α鈦合金低倍粗晶組織分布的預測方法，其特征在于：其包括以下步驟：

S1、對材料在選定工藝條件下依次進行組織測定：

S11、等溫熱壓縮試驗：

從近α鈦合金鍛棒上切取圓柱狀試樣，進行恒應變速率等溫熱壓縮試驗，變形溫度為從900℃～1000℃區間內選取3個以上溫度點，變形速率在0.001s^-1～10s^-1間，進行等溫單軸熱變形，變形量為5％～70％；

S12、完全退火熱處理：

將S11中熱變形后的試樣進行完全退火熱處理，具體步驟和參數如下：將爐溫加熱至750℃～880℃的第一溫度，放入試樣，繼續加熱，待爐溫穩定至第一溫度進行保溫計時，保溫時間為60min～240min，空冷退火，試樣退火完成后，平行于壓縮方向沿試樣的中心切開，得到心部低倍組織圖像與顯微組織圖像并進行分析；

S13、確定各低倍組織對應的顯微組織特性：

對多組等溫熱壓縮工藝條件下的試件心部的宏微觀組織進行分析，其低倍組織呈現兩種類型，分別為模糊晶與粗晶，兩種低倍組織均存在連續的晶界α相，但兩種低倍組織對應的顯微組織中原始β晶粒尺寸不同；原始β晶粒尺寸對應于晶界α相所圍成的區域的平均直徑，其中，低倍模糊晶對應的顯微組織中原始β晶粒尺寸小于臨界尺寸D₀，而低倍粗晶的原始β晶粒尺寸大于等于臨界尺寸D₀；

S2、統計分析相應的熱壓縮試件心部的顯微組織，統計晶粒尺寸；

S3、建立原始β晶粒尺寸的量化預測模型：

基于步驟S2中關于各等溫熱壓縮條件下原始β晶粒尺寸D_β的統計結果，確定原始β晶粒尺寸D_β與溫度T、應變速率應變ε之間的關系，建立鈦合金原始β晶粒尺寸的量化預測模型：

其中，a為待定系數，C為材料常數，通過數學變換與線性回歸獲得；d₀為初始晶粒尺寸，h為與d₀相關的常數；Q為變形激活能；R為氣體常數；D_β為原始β晶粒尺寸；T為熱變形的溫度；ε為真實應變，n為與ε相關的常數；為應變速率，m為與相關的常數；

S4、基于低倍粗晶形成的顯微組織臨界條件：D_β≥D0，通過有限元數值模擬分析，實現近α鈦合金低倍粗晶分布的可視化預測：

S41、建立幾何模型：繪制與S11的圓柱狀試樣尺寸相同的坯料、上模具及下模具的三維造型，對坯料、上模具及下模具均進行四面體的網格劃分，劃分坯料的單元數和節點數；

S42、確定材料參數及成形工藝，模擬等溫熱壓縮過程：

在Deform-3D軟件中，打開前處理PreProcessor，在Material中選中合適的本構模型，輸入鈦合金的流變曲線，并設定合金密度為4.5×10³kg/m³，熱傳導系數取4N/sec/mm/℃，熱擴散系數為0.02W/(m·℃)，

模具材料選取5CrNiMo，預設上模和下模均為傳熱的剛體，模具預熱溫度為350℃，摩擦系數為0.3，模擬等溫壓縮過程；

S43、有限元預測：將模擬結果按照用戶定義的變量根據低倍粗晶判據：D_β≥D₀進行對比分析，從而實現鈦合金低倍粗晶組織分布的可視化。

2.根據權利要求1所述的近α鈦合金低倍粗晶組織分布的預測方法，其特征在于：近α鈦合金的臨界尺寸D₀為50μm。

3.根據權利要求1所述的近α鈦合金低倍粗晶組織分布的預測方法，其特征在于：步驟S13對宏微觀組織觀察分析具體為：

從某近α鈦合金鍛件上切取不同低倍晶區的金相試樣，使用金相顯微鏡對不同低倍晶區的顯微組織進行觀察分析，試樣先經過研磨拋光，然后在比例為HF∶HNO₃∶H₂O＝1∶6∶7的腐蝕液進行腐蝕，腐蝕時間為5s～10s，利用金相顯微鏡觀察試樣的顯微組織。