TC17鈦合金加熱過程中的有限元模型

何 俊，惠瑞拓，曾衛(wèi)東，徐建偉，陳 威

(1.中國航發(fā)動力股份有限公司，陜西 西安 710021)(2.西北工業(yè)大學(xué) 凝固技術(shù)國家重點實驗室,陜西 西安 710072)

0 引 言

與傳統(tǒng)的α+β兩相區(qū)鍛造相比，鈦合金β鍛造具有變形抗力小、金屬流動性好、熱加工性好、鍛造成本低等優(yōu)點，目前已成為航空鍛件的重要加工方式[1]。β鍛造需要在高溫β單相區(qū)加熱，由于β晶粒在高溫下容易快速長大粗化，若加熱時間過長會導(dǎo)致β晶粒過大，造成所謂的“β脆性”問題，嚴重降低合金的力學(xué)性能。因此，鍛前加熱是保證鈦合金β鍛造順利實施的重要環(huán)節(jié)，需要根據(jù)坯料的不同尺寸，設(shè)置合理的加熱時間，既要保證坯料能充分熱透，又要使β晶粒不會過分長大。然而，對于不同的鍛件坯料，其尺寸、截面差異很大，很難通過經(jīng)驗設(shè)定合理的鍛前加熱時間。有限元模擬則可以通過設(shè)置坯料與環(huán)境的換熱系數(shù)，即對各種截面坯料的加熱過程進行計算，從而確定加熱時間。邵暉等人[2]利用有限元軟件建立了TB6鈦合金坯料升降溫過程的數(shù)學(xué)模型，成功對不同規(guī)格TB6鈦合金坯料的升降溫過程進行了模擬。沙愛學(xué)等人[3]模擬了TC18鈦合金坯料在不同加熱方式下的溫升過程，并結(jié)合加熱試驗研究了加熱時間對材料拉伸性能的影響。汪海波等人[4]對Ti-6Al-4V ELI合金的加熱過程進行了數(shù)值模擬，并通過實驗驗證了加熱模型的準(zhǔn)確性。相關(guān)研究不僅推動了有限元模擬的快速發(fā)展，而且為鈦合金加熱方案的制定提供了新思路。

TC17為近β型兩相鈦合金，其以優(yōu)異的綜合性能成為了我國航空發(fā)動機盤件的重要候選材料[5]，而β鍛造作為制備發(fā)動機盤件的關(guān)鍵步驟，研究鍛前保溫技術(shù)是保證TC17鈦合金鍛件質(zhì)量的重要因素。……