[发明专利]近α钛合金低倍粗晶组织分布的预测方法

权利要求书

1.一种近α钛合金低倍粗晶组织分布的预测方法，其特征在于：其包括以下步骤：

S1、对材料在选定工艺条件下依次进行组织测定：

S11、等温热压缩试验：

从近α钛合金锻棒上切取圆柱状试样，进行恒应变速率等温热压缩试验，变形温度为从900℃～1000℃区间内选取3个以上温度点，变形速率在0.001s^-1～10s^-1间，进行等温单轴热变形，变形量为5％～70％；

S12、完全退火热处理：

将S11中热变形后的试样进行完全退火热处理，具体步骤和参数如下：将炉温加热至750℃～880℃的第一温度，放入试样，继续加热，待炉温稳定至第一温度进行保温计时，保温时间为60min～240min，空冷退火，试样退火完成后，平行于压缩方向沿试样的中心切开，得到心部低倍组织图像与显微组织图像并进行分析；

S13、确定各低倍组织对应的显微组织特性：

对多组等温热压缩工艺条件下的试件心部的宏微观组织进行分析，其低倍组织呈现两种类型，分别为模糊晶与粗晶，两种低倍组织均存在连续的晶界α相，但两种低倍组织对应的显微组织中原始β晶粒尺寸不同；原始β晶粒尺寸对应于晶界α相所围成的区域的平均直径，其中，低倍模糊晶对应的显微组织中原始β晶粒尺寸小于临界尺寸D₀，而低倍粗晶的原始β晶粒尺寸大于等于临界尺寸D₀；

S2、统计分析相应的热压缩试件心部的显微组织，统计晶粒尺寸；

S3、建立原始β晶粒尺寸的量化预测模型：

基于步骤S2中关于各等温热压缩条件下原始β晶粒尺寸D_β的统计结果，确定原始β晶粒尺寸D_β与温度T、应变速率应变ε之间的关系，建立钛合金原始β晶粒尺寸的量化预测模型：

其中，a为待定系数，C为材料常数，通过数学变换与线性回归获得；d₀为初始晶粒尺寸，h为与d₀相关的常数；Q为变形激活能；R为气体常数；D_β为原始β晶粒尺寸；T为热变形的温度；ε为真实应变，n为与ε相关的常数；为应变速率，m为与相关的常数；

S4、基于低倍粗晶形成的显微组织临界条件：D_β≥D0，通过有限元数值模拟分析，实现近α钛合金低倍粗晶分布的可视化预测：

S41、建立几何模型：绘制与S11的圆柱状试样尺寸相同的坯料、上模具及下模具的三维造型，对坯料、上模具及下模具均进行四面体的网格划分，划分坯料的单元数和节点数；

S42、确定材料参数及成形工艺，模拟等温热压缩过程：

在Deform-3D软件中，打开前处理PreProcessor，在Material中选中合适的本构模型，输入钛合金的流变曲线，并设定合金密度为4.5×10³kg/m³，热传导系数取4N/sec/mm/℃，热扩散系数为0.02W/(m·℃)，

模具材料选取5CrNiMo，预设上模和下模均为传热的刚体，模具预热温度为350℃，摩擦系数为0.3，模拟等温压缩过程；

S43、有限元预测：将模拟结果按照用户定义的变量根据低倍粗晶判据：D_β≥D₀进行对比分析，从而实现钛合金低倍粗晶组织分布的可视化。

2.根据权利要求1所述的近α钛合金低倍粗晶组织分布的预测方法，其特征在于：近α钛合金的临界尺寸D₀为50μm。

3.根据权利要求1所述的近α钛合金低倍粗晶组织分布的预测方法，其特征在于：步骤S13对宏微观组织观察分析具体为：

从某近α钛合金锻件上切取不同低倍晶区的金相试样，使用金相显微镜对不同低倍晶区的显微组织进行观察分析，试样先经过研磨抛光，然后在比例为HF∶HNO₃∶H₂O＝1∶6∶7的腐蚀液进行腐蚀，腐蚀时间为5s～10s，利用金相显微镜观察试样的显微组织。