[发明专利]近α钛合金低倍粗晶组织分布的预测方法

摘要

本发明涉及一种近α钛合金低倍粗晶组织分布的预测方法，其包括以下步骤：S1、对材料在选定工艺条件下的组织测定；S2、通过统计分析相应的工艺下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；S4、基于低倍粗晶形成的显微组织临界条件：Dβ≥D0，通过有限元软件的二次开发及数值模拟分析，实现近α钛合金低倍粗晶分布的可视化预测。本发明的近α钛合金低倍粗晶组织分布的预测方法可以有效的揭示近α钛合金锻件经锻造热处理后出现的显微组织变化，特别是原始β晶粒粗化及其导致的低倍粗晶组织分布实现可视化预测。优化成形工艺，减少低倍粗晶区，而且预测结果准确。

主权项

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：Dβ≥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Material中选中本构模型，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：Dβ≥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。