[发明专利]一种近α型钛合金热塑性大变形过程中的织构预测方法

说明书

本发明提供一种近α型钛合金热塑性大变形过程中的织构预测方法，属于塑性成形技术领域。该方法首先利用单轴等温恒应变速率热模拟拉伸/压缩试验、电子背散射衍射技术、光学显微镜，获得近α型钛合金的应力‑应变数据、热模拟大变形前后织构的Bunge Euler角度及α、β相体积分数；再通过数值推导和后处理获得近α型钛合金热塑性大变形过程中速度梯度张量值、时间增量；最后结合应力‑应变数据与热模拟大变形前后织构的Bunge Euler角度，确定与优化机械阈值应力硬化法则的参数，建立ABAQUS‑VPSC‑MTS多尺度模型。该模型可预测近α型钛合金在大变形过程中的织构，能分析变形过程中的塑性变形机制、宏观力学行为及织构演化规律，有助于实现塑性加工产品形‑性一体化的目的。

技术领域

本发明涉及塑性成形技术领域，特别是指一种近α型钛合金热塑性大变形过程中的织构预测方法。

背景技术

钛及钛合金因其具备优质结构材料所需的轻质、高强、耐热、耐蚀、抗冲击震动、可加工性好等特性，在空、天、地、海等关键领域具有广泛的用途。钛及钛合金由于常温下晶体密排六方结构(Hexagonal close-packed，HCP)的特殊性，导致塑性变形困难并且极易形成较强的织构，对产品的塑性加工过程及力学性能产生巨大的影响。因此，在热塑性大变形条件下进行塑性加工的同时对织构进行预测对钛合金的生产及应用具有重要的作用。

钛合金的热塑性大变形加工是一个多场、多因素作用下的高度非线性过程，材料要经历复杂的高温塑性变形和微观演变，这种交互作用规律决定了合金的织构，最终会影响到产品的质量和性能。但试验测试具有一定的局限性，难以实现复杂条件加载、微观组织结构的实时测量，难以全面探索塑性变形机制。因此，有必要建立一个在不同的热变形条件下能够描述钛合金塑性变形行为模型，从而实现对钛合金在塑性变形中的织构演化行为的有效监控，进而优化塑性加工工艺且实现塑性加工产品形-性一体化的目的。

文献1(Jie Z,Ll C,Kwa B,et al.Effects of strain state and slip mode onthe texture evolution of a near-αTA15 titanium alloy during hot deformationbased on crystal plasticity method[J].Journal of Materials ScienceTechnology,2020,38:125-134.)通过晶体塑性有限元模拟分析了不同高温应变状态下TA15钛合金的织构演化行为，但由于钛合金宏观构件与晶体塑性模型的单元不在同一尺度，计算量过大无法直接模拟复杂加载情况下的塑性成形过程，这促进了宏观有限元耦合织构模拟方法的发展；文献2(Li H,Wei D,Zhang H,Yang H,Liu H,Liu S,Chu Z,Zhang D,Texture evolution and controlling of high-strength titanium alloy tube incold pilgering for properties tailoring,Journal of Materials Processing Tech,2020,279)通过三维有限元模型和粘塑性自洽(VPSC)晶体塑性模型的耦合，考虑变形历史对空心管冷轧过程中的非均匀变形流动和织构演化进行了预测，但是冷轧并不涉及到温度这一影响因素；文献3(陈立全.TC18钛合金锻造过程有限元模拟和织构预测[D].北京:北京科技大学，2019.)模拟了钛合金TA18三向锻造织构演变过程和不同条件下压缩织构并解释了锻造织构形成原因，但是由于采用的本构模型并没有考虑温度、应变速率的影响，针对不同的变形条件下均需要进行试验用来标定一组模型参数。且以上研究均没有考虑到不同温度下钛合金两相的体积变化，以及对宏观力学性能与微观织构演化的影响。

本发明在实验室试验的基础上，综合考虑了温度、速度梯度、α、β两相体积分数等因素，通过宏观有限元耦合织构模拟技术，可实现对不同两相体积分数的近α型钛合金在复杂加载的热塑性加工条件下的塑性变形机制的研究及宏观力学性能、微观织构演化规律的预测。

发明内容