[发明专利]TC4合金锻件室温力学性能的预报方法

摘要

本发明公开了一种TC4合金锻件室温力学性能的预报方法，用于解决现有钛合金锻件力学性能无法预报的技术问题。技术方案是首先确定TC4合金锻件的锻造温度、变形速率、变形量的9个隶属函数和27条模糊规则，再建立TC4合金锻件室温强度极限、屈服强度、延伸率和断面缩减率的数学模型；采用TC4合金锻件高温压缩变形实验和室温力学性能实验数据，优选出模糊规则权系数和权值，然后代入TC4合金锻件室温力学性能的数学模型，得到TC4合金锻件室温强度极限、屈服强度、延伸率、断面缩减率的预报模型。本发明方法成功预报出TC4合金锻件强度极限、屈服强度、延伸率和断面缩减率的室温力学性能。

主权项

一种TC4合金锻件室温力学性能的预报方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、先将供应态TC4合金加工成高温压缩变形试件，再进行高温压缩变形实验；在高温压缩变形实验前保温，压缩变形时采用高温润滑剂保护，以防止TC4合金氧化；步骤二、从步骤一得到的TC4合金高温压缩变形试件上取料，加工成室温力学性能拉伸试样，测试得到TC4合金锻件的室温强度极限σ_b、屈服强度σ_0.2、延伸率δ和断面缩减率ψ；其中，强度极限σ_b的单位是MPa，屈服强度σ_0.2的单位是MPa，延伸率δ的单位是％，断面缩减率ψ的单位是％；步骤三、对TC4合金锻件的锻造温度T、变形速率和变形量ε进行归一化处理；其中，变形温度T的单位是K，变形速率的单位是s^‑1；步骤四、将TC4合金锻件的锻造温度T、变形速率和变形量ε设为输入变量，上述三个输入变量划分为大、中、小三个子集，表示为{LA，MI，SM}，室温强度极限σ_b或屈服强度σ_0.2、延伸率δ和断面缩减率ψ设为输出函数值；步骤五、确定TC4合金锻件的锻造温度T、变形速率和变形量ε在三个子集的隶属函数分别为，对于锻造温度：${\mathrm{LA}}_1\left(T\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& T\>T_L\\ \exp \[\frac{-{(T-T_L)}^2}{B_T}\]& T\≤T_L\end{array}\right.---\left(1a\right)$${\mathrm{MI}}_1\left(T\right)=\exp \[\frac{-{(T-(T_L+T_S)/2)}^2}{B_{T_0}}\]---\left(1b\right)$${\mathrm{SM}}_1\left(T\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& T\<T_S\\ \exp \[\frac{-{(T-T_S)}^2}{B_T}\]& T\≥T_S\end{array}\right.---\left(1c\right)$对于变形速率：${\mathrm{LA}}_2\left(\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& \stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}\>{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_L\\ \exp \[\frac{-{\left(\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}-{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_L\right)}^2}{B_{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}}\]& \stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}\≤{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_L\end{array}\right.---\left(2a\right)$${\mathrm{MI}}_2\left(\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}\right)=\exp \[\frac{-{(\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}-({\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_L+{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_S)/2)}^2}{B_{{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_0}}\]---\left(2b\right)$${\mathrm{SM}}_2\left(\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& \stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}\<{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_S\\ \exp \[\frac{-{\left(\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}-{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_S\right)}^2}{B_{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}}\]& \stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}\≥{\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}}_S\end{array}\right.---\left(2c\right)$对于变形量：${\mathrm{LA}}_3\left(\mathrm{\ϵ}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{\ϵ}\>{\mathrm{\ϵ}}_L\\ \exp \[\frac{-{(\mathrm{\ϵ}-{\mathrm{\ϵ}}_L)}^2}{B_{\mathrm{\ϵ}}}\]& \mathrm{\ϵ}\≤{\mathrm{\ϵ}}_L\end{array}\right.---\left(3a\right)$${\mathrm{MI}}_3\left(\mathrm{\ϵ}\right)=\exp \[\frac{-{(\mathrm{\ϵ}-({\mathrm{\ϵ}}_L+{\mathrm{\ϵ}}_S)/2)}^2}{B_{{\mathrm{\ϵ}}_0}}\]---3b)$${\mathrm{SM}}_3\left(\mathrm{\ϵ}\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& \mathrm{\ϵ}\<{\mathrm{\ϵ}}_S\\ \exp \[\frac{-{\left(\mathrm{\ϵ}-{\mathrm{\ϵ}}_S\right)}^2}{B_{\mathrm{\ϵ}}}\]& \mathrm{\ϵ}\≥{\mathrm{\ϵ}}_S\end{array}\right.---\left(3c\right);$式中，B_j为隶属函数的方差，T_L、T_S分别为绝对锻造温度的最大值、最小值，分别为变形速率的最大值、最小值，ε_L、ε_S分别为变形量的最大值、最小值；步骤六、确定TC4合金锻件的锻造温度T、变形速率和变形量ε的模糊规则为，模糊规则i：如果T是LA，是LA，ε是LA，则，输出函数值$y^i=p_0^i+p_1^{i}T+p_2^i\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}+p_3^i\mathrm{\ϵ}---\left(4a\right)$模糊规则权值$w^i={\mathrm{\μ}}_1^i\left(T\right){\mathrm{\Λ\μ}}_2^i\left(\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}\right){\mathrm{\Λ\μ}}_3^i\left(\mathrm{\ϵ}\right)---\left(4b\right)$式中，wⁱ为第i条模糊规则的权值，为第i条模糊规则的权系数，Λ为模糊算子的极小运算；步骤七、建立TC4合金锻件室温强度极限、屈服强度、延伸率和断面缩减率的预报模型为，σ_b或σ_0.2,δ,$\mathrm{\ψ}=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\[\left({\mathrm{\μ}}_1^i\right(T\left){\mathrm{\Λ\μ}}_2^i\right(\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}\left){\mathrm{\Λ\μ}}_3^i\right(\mathrm{\ϵ}\left)\right)(p_0^i+p_1^{i}T+p_2^i\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}+p_3^i\mathrm{\ϵ})\]}{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\[{\mathrm{\μ}}_1^i\left(T\right){\mathrm{\Λ\μ}}_2^i\left(\stackrel{\·}{\mathrm{\ϵ}}\right){\mathrm{\Λ\μ}}_3^i\left(\mathrm{\ϵ}\right)\]}---\left(5\right)$式中，m为模糊规则数，根据模糊区域划分，m＝3³；步骤八、从TC4合金锻件的高温压缩变形实验和室温力学性能实验中获得的锻造温度、变形速率、变形量、强度极限、屈服强度、延伸率和断面缩减率组合中选取多组数据为教师样本；采用教师样本对预报模型式(5)进行训练，当强度极限、屈服强度、延伸率和断面缩减率的累计误差小于2％时，确定模糊规则的权系数和和模糊规则的权值wⁱ；将确定的模糊规则权系数和模糊规则权值代入式(5)，即为TC4合金锻件室温力学性能，即强度极限、屈服强度、延伸率和断面缩减率的预报模型。