本文介紹了物理模擬技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)及其在鈦合金熱加工領(lǐng)域的應(yīng)用。重點闡述了模擬技術(shù)在鈦合金熱變形機制、預(yù)測和控制缺陷產(chǎn)生和微觀組織演化方面的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出了目前鈦合金熱成形模擬中有待解決的問題及發(fā)展趨勢。
2 模擬技術(shù)簡介及應(yīng)用
2.1 物理模擬和數(shù)值模擬的特點及關(guān)系
伴隨傳統(tǒng)的塑性加工技術(shù)和現(xiàn)代計算機技術(shù)全方位的密切結(jié)合，傳統(tǒng)的經(jīng)驗設(shè)計方法迅速而有效地被模擬式設(shè)計所代替。在設(shè)計和確定塑性成形工藝前，須有一定的預(yù)測性數(shù)據(jù)或結(jié)果，通常需要進(jìn)行工藝模擬。這種在實際生產(chǎn)前的模擬一般分為物理模擬和數(shù)值模擬[1]，具體如下......
2.2 模擬技術(shù)在鈦合金熱加工領(lǐng)域的應(yīng)用
鈦合金通常需要在β單相區(qū)或α+β兩相區(qū)進(jìn)行熱加工來獲得具有一定組織和性能的產(chǎn)品。而熱加工參數(shù)的選擇對鈦合金的加工性能與顯微組織都產(chǎn)生重要的影響。近年來，國內(nèi)在鈦合金熱加工領(lǐng)域的研究日漸增多，其中熱模擬技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)在鈦合金熱變形機制和組織演變規(guī)律方面的應(yīng)用尤為突出。
2.2.1熱變形機制研究
1 熱模擬技術(shù)的典型應(yīng)用
眾多學(xué)者利用熱/力模擬試驗機對不同類型的鈦合金進(jìn)行了熱壓縮變形實驗，獲得了材料的流動應(yīng)力曲線即應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。流動應(yīng)力曲線反映了流動應(yīng)力與變形工藝參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系，同時，也是材料內(nèi)部組織變化的宏觀表現(xiàn)。徐文臣[3]等在熱模擬機上進(jìn)行了恒應(yīng)變速率壓縮變形試驗，研究TA15鈦合金的動態(tài)熱變形行為，計算了材料的變形激活能Q并觀察了熱變形組織。在α相區(qū)動態(tài)再結(jié)晶是材料的主要軟化機制，而在β相區(qū)軟化機制則以動態(tài)回復(fù)為主。隨著變形速率的降低......
2 數(shù)值模擬技術(shù)的典型應(yīng)用
由于數(shù)值模擬技術(shù)使得鈦合金熱加工工藝過程可以真實地在計算機上再現(xiàn)，所以企業(yè)生產(chǎn)者和科研工作者都利用此技術(shù)研究理想工藝參數(shù)與相應(yīng)組織、力學(xué)性能的關(guān)系，達(dá)到優(yōu)化現(xiàn)行生產(chǎn)工藝和降低新產(chǎn)品、新工藝、新材料研制成本的目的。邵暉[11]等研究了片狀組織TC21鈦合金在兩相區(qū)鍛造過程中的α相演變。采用DEFORM軟件模擬分析了鍛造過程中溫度場、應(yīng)變場的變化規(guī)律并定量分析了α相的形貌變化，F(xiàn)eret Ratio越小, 形貌趨于球化。結(jié)果表明, 應(yīng)變場與溫度場影響片狀相演變, 在較低的應(yīng)變條件下, 鍛料邊部由于溫度降低較快, 再結(jié)晶充分，鍛料中心位置溫度較高......
2.2.2 微觀組織演變模擬研究
鈦合金顯微組織的多樣性與鈦合金多工序的生產(chǎn)過程以及各工序過程的多樣性有著規(guī)律性的聯(lián)系。這種復(fù)雜聯(lián)系決定了傳統(tǒng)方法很難對鈦合金組織與性能進(jìn)行預(yù)測和控制。隨著近年計算機與數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，微觀組織數(shù)值模擬方法成為獲得主要工藝參數(shù)對熱成形工件宏觀和微觀組織影響的定量關(guān)系的有力工具。采用數(shù)值模擬技術(shù)再現(xiàn)微觀組織的演化過程，不僅可以加深理解組織變化機理，促進(jìn)現(xiàn)有理論的發(fā)展，而且可以改善材料組織結(jié)構(gòu)和優(yōu)化材料的制備工藝，從而獲得材料預(yù)期的力學(xué)能......
3 結(jié)語
與傳統(tǒng)工藝試錯法相比，采取模擬技術(shù)作為研發(fā)手段可縮短研制周期、降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化生產(chǎn)工藝，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率和增長經(jīng)濟(jì)效益的目的。而鈦合金因價格昂貴、生產(chǎn)周期長，其生產(chǎn)工藝的研究迫切需要模擬技術(shù)來為之開辟捷徑，攻克熱加工溫度范圍窄、工藝—組織—性能關(guān)系復(fù)雜多樣等難題。
國內(nèi)外已采用熱模擬技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)對鈦合金熱變形機制與微觀組織演變開展了大量的研究工作，獲得了力能參數(shù)與工藝參數(shù)、微觀組織關(guān)系等結(jié)果，可起到優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品質(zhì)量的作用和效果。但是由于材料性能數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、邊界條件和摩擦參數(shù)難貼近實際、宏觀變量研究未涉及微觀組織變化等因素，因此模擬結(jié)果跟實際生產(chǎn)相比存在一定的誤差。
未來鈦合金熱變形機制及微觀組織演變規(guī)律的研究須將物理模擬技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)有機結(jié)合，建立更加符合實際生產(chǎn)過程的宏觀有限元模型，并將其與微觀組織演變模型耦合，力求模擬結(jié)果不僅能為現(xiàn)場生產(chǎn)提供理論依據(jù)，而且能夠定量地指導(dǎo)現(xiàn)場工藝，最終達(dá)到實時跟蹤變形過程、控制產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
