【摘 要】
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TC4钛合金是一种中强度α+β型钛合金,具有耐腐蚀性好、密度低、比强度高等优点,是应用最广泛的航空紧固件材料。冷镦成形钛合金航空紧固件可以提高生产效率和成形精度,同时降低加工成本。但在室温条件下,TC4钛合金的成形性极差,极易出现断裂现象。目前,热镦成形TC4钛合金紧固件的方法应用广泛,但热镦成形紧固件存在较大温升,影响材料性能。温镦成形TC4钛合金紧固件,不仅效率高、能耗低、成形零件的力学性能良
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TC4钛合金是一种中强度α+β型钛合金,具有耐腐蚀性好、密度低、比强度高等优点,是应用最广泛的航空紧固件材料。冷镦成形钛合金航空紧固件可以提高生产效率和成形精度,同时降低加工成本。但在室温条件下,TC4钛合金的成形性极差,极易出现断裂现象。目前,热镦成形TC4钛合金紧固件的方法应用广泛,但热镦成形紧固件存在较大温升,影响材料性能。温镦成形TC4钛合金紧固件,不仅效率高、能耗低、成形零件的力学性能良好,而且温变形条件下材料的变形抗力远小于冷变形。为了生产出综合性能最优的航空紧固件,作者做了以下研究工作:（1）在不同变形温度（25℃-1100℃）和不同应变速率（0.1/s,1/s,10/s）下对TC4钛合金进行压缩变形实验,结合金相实验研究变形参数对材料的力学行为和微观组织演变的影响,确定温镦成形TC4钛合金航空紧固件的温度区间。（2）基于内变量法,考虑材料在变形过程中的位错密度和温升,建立TC4钛合金的中温变形的统一粘塑性本构模型,利用遗传算法优化技术和物理模型实验数据求解TC4钛合金的本构模型的材料常数,分析本构模型的适用性。（3）设计制造镦压紧固件模具,在不同的变形温度和头部成形高度的条件下,进行TC4钛合金航空紧固件的中温镦压成形实验,研究成形紧固件头部宏观变形和微观组织分布情况。同时,将本构模型导入有限元软件中,仿真模拟温镦成形紧固件的头部变形情况,对比实验结果与仿真结果,分析两种研究方法成形紧固件结果的吻合程度。（4）结合紧固件成形实验结果与仿真模拟结果,研究分析变形参数对温镦成形紧固件头部成形性能、微观组织、等效应变分布、等效应力分布和位移载荷曲线的影响,为后续研究作理论基础。研究结果表明:（1）当变形温度低于400℃时,TC4钛合金的成形性较差,在实际生产中应当避免。400℃-600℃为TC4的中温变形区间,700℃-1100℃为TC4的高温变形区间,两个温度区间下材料的流动软化机制分别为温升和动态再结晶。（2）建立的本构模型能较好地预测TC4钛合金在低应变速率下中温变形过程中的力学行为。而对于高应变速率下的变形情况,需要深入考虑其流动软化机制。（3）成形紧固件的头部变形不均匀,可以分为三个区域,分别为:剪切带区域、中间变形区域和最小变形区域。（4）合理的变形参数有利于降低成形零件的不均匀程度,减小材料的变形抗力,提高材料的成形性,降低模具的损伤程度,减小生产成本。
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