[发明专利]钛合金整体叶盘等温锻造工艺的优化方法

说明书

本发明涉及一种钛合金整体叶盘等温锻造工艺的优化方法，包括：建立所述钛合金不同组成相对流动应力影响的本构模型，将坯料尺寸设计、材料本构特性建立和塑性变形‑传热三维有限元数值模拟系统，得到不同坯料下预锻件和终锻件充填性、应力场、应变场和温度场分布状况模拟图和所述锻造温度、锻造速度、压下量和摩擦因子条件下预锻件和终锻件的应力场、应变场和温度场的分布影响模拟图，从而得到最优的等温锻造的工艺参数。本发明提高钛合金整体叶盘等温锻造过程中的数值模拟精度，实现了钛合金整体叶盘的精确调控。

技术领域

本发明涉及一种整体叶盘锻造技术领域，尤其涉及一种整体叶盘等温锻造工艺参数的优化方法。

背景技术

整体叶盘将叶片和轮盘作为一个整体，简化了整体结构，目前，国外先进大推力发动机都大量采用了整体叶盘。采用高性能轻质钛合金制造轻量化整体叶盘，能够从材料和结构两方面同时满足轻质需求，兼具功能高效、可靠性高、使用寿命长的优点，是飞行器轻量化的主要途径。但是，钛合金整体叶盘具有大型、整体、形状复杂、微观组织对工艺参数敏感等特征，这使得钛合金整体叶盘成形制造过程中存在成形困难、形状尺寸、精度、组织和性能难以控制等问题。因此，建立其本构模型及关键建模技术，获得坯料尺寸、锻造温度、锻造速度、压下量和摩擦因子对钛合金整体叶盘锻造成形规律的影响，并合理设计出锻坯和锻造工艺参数，为发展钛合金整体叶盘先进塑性成形技术奠定理论基础。

专利公布号为“CN 113510207 A”的国家发明专利公开了一种“TC17钛合金大尺寸变截面整体叶盘锻件制作方法”。该方法采用计算机模拟仿真设计出整体叶盘的终锻模具和预锻模具，并对棒坯进行模锻成形形成变形均匀的预锻件，再采用终锻模具对预锻件进行模锻形成终锻件，其变形量和均匀性均得到提高，有效变形范围得到扩大，提高了原材料利用率。但是，采用该方法在数值模拟过程中，未涉及TC17钛合金材料本构模型的建立，更没有体现材料高温变形时的应变硬化、动态软化和不同组成相演化对宏观流动应力的影响，这势必会造成TC17钛合金整体叶盘应力场、应变场、温度场和载荷等宏观工艺参数计算结果精度低，反过来坯料尺寸设计和锻造工艺参数优化不准确的问题，最终导致TC17钛合金整体叶盘成形精度低、力学性能控制不准确等问题。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种能够在钛合金整体叶盘等温锻造过程中结合材料高温变形的应变硬化、动态软化和不同组成对流动应力的影响从而提高钛合金整体叶盘应力场、应变场、温度场和载荷工艺参数的钛合金整体叶盘等温锻造工艺的优化方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种钛合金整体叶盘等温锻造工艺的优化方法，包括：

步骤一、综合考虑所述钛合金材料高温变形时的应变硬化、应变速率敏感和动态软化效应，建立所述钛合金不同组成相对流动应力影响的本构模型；

步骤二、根据试验获得不同工艺参数下钛合金流动应力的试验值，以钛合金流动应力试验值与所述本构模型流动应力计算值的残差作为目标函数，采用遗传算法优化技术求解得到所述本构模型的材料参数值；

步骤三、建立所述钛合金整体叶盘等温预锻和终锻过程中的模具和锻坯的几何模型，确定所述几何模型的复杂约束边界条件和网格类型，并结合本构模型求解方程形成了用于钛合金整体叶盘等温锻造过程数值模拟的塑性变形-传热三维有限元数值模拟系统，并通过所述的塑性变形-传热三维有限元数值模拟系统对不同坯料的预锻和终锻过程进行数值模拟，得到不同坯料下预锻件和终锻件充填性、应力场、应变场和温度场分布状况模拟图；

对比分析所述的充填性、应力场、应变场和温度场分布状况影响模拟图，选取充填饱满，应变场、应力场和温度场分布均匀的预锻件和终锻件对应的坯料尺寸为最优的钛合金坯料结构尺寸；