Tc4合金鍛件室溫力學(xué)性能的預(yù)報(bào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種鍛件力學(xué)性能的預(yù)報(bào)方法，特別是設(shè)及一種TC4合金鍛件室溫力 學(xué)性能的預(yù)報(bào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鍛造工藝決定鍛件內(nèi)部的微觀組織，鍛件的微觀組織決定鍛件的力學(xué)性能，從而 決定鍛件的使用可靠性和使用壽命。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，鍛造工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)是W滿足鍛 件的力學(xué)性能為目標(biāo)。鐵合金是一種難變形金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空航天海洋、能源、化工、機(jī) 械、冶金等工業(yè)領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用。鐵合金鍛件的力學(xué)性能對(duì)鍛造工藝參數(shù)特別敏感，因 此，通過(guò)優(yōu)化鍛造工藝參數(shù)合理有效地控制鍛造工藝，可W獲得滿足力學(xué)性能設(shè)計(jì)要求的 鐵合金鍛件。在鐵合金鍛造生產(chǎn)實(shí)施之前，明確鐵合金鍛件力學(xué)性能與鍛造工藝參數(shù)之間 的關(guān)系，預(yù)報(bào)不同鍛造工藝參數(shù)下鐵合金鍛件的力學(xué)性能是優(yōu)選鍛造工藝參數(shù)的前提。
[0003] 文獻(xiàn)Γ'32Μη長(zhǎng)軸類鍛件鍛后熱處理力學(xué)性能的預(yù)測(cè)與控制[J]，陳國(guó)紅，大型鍛鑄 件，2002,4:23-25"公開(kāi)了一種根據(jù)32Μη鋼鍛后回火處理的力學(xué)性能與化學(xué)成分、回火溫 度修正系數(shù)、冷卻條件修正系數(shù)、鍛件尺寸修正系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式，推算合理的回火溫度。該 方法主要設(shè)及到32Μη鋼的化學(xué)成分對(duì)其鍛件回火處理后強(qiáng)度極限的影響，沒(méi)有考慮鍛造工 藝參數(shù)對(duì)32Μη鋼鍛件力學(xué)性能的影響，更不能用于預(yù)測(cè)鐵合金鍛件的力學(xué)性能。
[0004] 文獻(xiàn)2"專利申請(qǐng)?zhí)柺?01010173763的中國(guó)發(fā)明專利"公開(kāi)了一種基于人工神經(jīng)網(wǎng) 絡(luò)的Q345焊接接頭力學(xué)性能預(yù)測(cè)方法。該方法針對(duì)Q345在特定生產(chǎn)環(huán)境和特定生產(chǎn)設(shè)備的 焊接接頭力學(xué)性能系列試驗(yàn)，收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，篩選整理成人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練樣本；由上 述試驗(yàn)收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)訓(xùn)練人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，建立Q345焊接工藝參數(shù)與其焊接接頭力學(xué)性 能之間的映射關(guān)系；利用訓(xùn)練好的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行Q345焊接接頭力學(xué)性能的預(yù)測(cè)。 因此，文獻(xiàn)2提出的力學(xué)性能預(yù)測(cè)方法僅適合于Q345焊接接頭力學(xué)性能，不能預(yù)測(cè)鐵合金鍛 件的力學(xué)性能。
[0005] 文獻(xiàn)3"專利申請(qǐng)?zhí)柺?01010195524的中國(guó)發(fā)明專利"公開(kāi)了一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù) 的焊接接頭力學(xué)性能預(yù)測(cè)的界面系統(tǒng)方法。該方法采用誤差反向傳播算法訓(xùn)練出常用合金 鋼焊接接頭力學(xué)性能預(yù)測(cè)模型，將訓(xùn)練好的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型導(dǎo)入焊接接頭力學(xué)性能預(yù)測(cè) 的界面系統(tǒng)，進(jìn)行合金鋼焊接接頭力學(xué)性能的預(yù)測(cè)，包括模型管理和維護(hù)、力學(xué)性能預(yù)測(cè)、 數(shù)據(jù)保存和查看Ξ個(gè)模塊。因此，文獻(xiàn)3提出的力學(xué)性能預(yù)測(cè)的界面系統(tǒng)方法僅適合于合金 鋼焊接接頭力學(xué)性能的預(yù)測(cè)，不能預(yù)測(cè)鐵合金鍛件的力學(xué)性能。
[0006] 鐵合金與鋼等材料有截然不同的鍛造特性。與其他金屬材料鍛件相比，鐵合金鍛 件的力學(xué)性能對(duì)鍛造工藝參數(shù)更加敏感，對(duì)鍛造工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)的影響更加顯著。因此， 預(yù)報(bào)鐵合金鍛件的力學(xué)性能難度特別大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服現(xiàn)有鐵合金鍛件力學(xué)性能無(wú)法預(yù)報(bào)的不足，本發(fā)明提供一種TC4合金鍛 件室溫力學(xué)性能的預(yù)報(bào)方法。該方法首先確定TC4合金鍛件的鍛造溫度、變形速率、變形量 的9個(gè)隸屬函數(shù)和27條模糊規(guī)則，再建立TC4合金鍛件室溫強(qiáng)度極限、屈服強(qiáng)度、延伸率、斷 面縮減率的數(shù)學(xué)模型;采用TC4合金鍛件高溫壓縮變形實(shí)驗(yàn)和室溫力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，優(yōu)選 出模糊規(guī)則權(quán)系數(shù)和權(quán)值，然后代入TC4合金鍛件室溫強(qiáng)度極限、屈服強(qiáng)度、延伸率、斷面縮 減率的數(shù)學(xué)模型，得到TC4合金鍛件室溫力學(xué)性能的預(yù)報(bào)模型。本發(fā)明預(yù)測(cè)的TC4合金鍛件 室溫強(qiáng)度極限、屈服強(qiáng)度、延伸率、斷面縮減率的測(cè)試樣本結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的最大誤差 分別為0.93 %、0.81 %、3.31 %、2.84 %，表明本發(fā)明所提供的TC4合金鍛件室溫力學(xué)性能的 預(yù)報(bào)方法具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性，在此基礎(chǔ)上不僅可W為實(shí)際生產(chǎn)優(yōu)選出合適的鍛造 工藝參數(shù)，保證TC4合金鍛件的使用可靠性，而且還可W節(jié)省大量的人力和物力。
[0008] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種TC4合金鍛件室溫力學(xué)性能的 預(yù)報(bào)方法，其特點(diǎn)是包括W下步驟：
[0009] 步驟一、先將供應(yīng)態(tài)TC4合金加工成高溫壓縮變形試件，再進(jìn)行高溫壓縮變形實(shí) 驗(yàn)。在高溫壓縮變形實(shí)驗(yàn)前保溫，壓縮變形時(shí)采用高溫潤(rùn)滑劑保護(hù)，W防止TC4合金氧化；
[0010] 步驟二、從步驟一得到的TC4合金高溫壓縮變形試件上取料，加工成室溫力學(xué)性能 拉伸試樣，測(cè)試得到TC4合金鍛件的室溫強(qiáng)度極限Ob、屈服強(qiáng)度00.2、延伸率δ和斷面縮減率 Φ;其中，強(qiáng)度極限Ob的單位是MPa,屈服強(qiáng)度〇日.2的單位是MPa,延伸率δ的單位是％，斷面縮 減率Φ的單位是％ ;
[0011] 步驟Ξ、對(duì)TC4合金鍛件的鍛造溫度Τ、變形速率?和變形量ε進(jìn)行歸一化處理；其 中，變形溫度Τ的單位是Κ，變形速率?的單位是?Τ?。
[0012] 步驟四、將TC4合金鍛件的鍛造溫度Τ、變形速率和變形量ε設(shè)為輸入變量，上述Ξ 個(gè)輸入變量劃分為大、中、小Ξ個(gè)子集，表示為化A，MI，SM}，室溫強(qiáng)度極限Ob或屈服強(qiáng)度 曰0.2、延伸率δ和斷面縮減率Φ設(shè)為輸出函數(shù)值；
[0013] 步驟五、確定TC4合金鍛件的鍛造溫度Τ、變形速率?和變形量ε在Ξ個(gè)子集的隸屬 函數(shù)分別為，

[0023] 式中也為隸屬函數(shù)的方差，Tl、Ts分別為絕對(duì)鍛造溫度的最大值、最小值，每、％ 分別為變形速率的最大值、最小值，εS分別為變形量的最大值、最小值。
[0024] 步驟六、確定TC4合金鍛件的鍛造溫度Τ、變形速率擔(dān)和變形量ε的模糊規(guī)則為，
[00巧]模糊規(guī)則i:如果Τ是LA，?是LA，e是LA，
[0028] 式中，wi為第i條模糊規(guī)則的權(quán)值，片、X、知、爲(wèi)為第i條模糊規(guī)則的權(quán)系數(shù)， Λ為模糊算子的極小運(yùn)算；
[0029] 步驟屯、建立TC4合金鍛件室溫強(qiáng)度極限、屈服強(qiáng)度、延伸率和斷面縮減率的預(yù)報(bào) 模型為，
[0030]
[0031] 式中，m為模糊規(guī)則數(shù)，根據(jù)模糊區(qū)域劃分，m = 33;
[0032] 步驟八、從TC4合金鍛件的高溫壓縮變形實(shí)驗(yàn)和室溫力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)中獲得的鍛造 溫度、變形速率、變形量、強(qiáng)度極限、屈服強(qiáng)度、延伸率和斷面縮減率組合中選取多組數(shù)據(jù)為 教師樣本。采用教師樣本對(duì)預(yù)報(bào)模型式(5)進(jìn)行訓(xùn)練，當(dāng)強(qiáng)度極限、屈服強(qiáng)度、延伸率和斷面 縮減率的累計(jì)誤差小于2%時(shí)，確定模糊規(guī)則的權(quán)系數(shù)片、片、托和夢(mèng)巧日模糊規(guī)則的權(quán)值 將確定的模糊規(guī)則權(quán)系數(shù)和模糊規(guī)則權(quán)值代入式(5)，即為T(mén)C4合金鍛件室溫力學(xué)性能， 即強(qiáng)度極限、屈服強(qiáng)度、延伸率和斷面縮減率的預(yù)報(bào)模型。
[0033] 本發(fā)明的有益效果是：該方法首先確定TC4合金鍛件的鍛造溫度、變形速率、變形 量的9個(gè)隸屬函數(shù)和27條模糊規(guī)則，再建立TC4合金鍛件室溫強(qiáng)度極限、屈服強(qiáng)度、延伸率、 斷面縮減率的數(shù)學(xué)模型;采用TC4合金鍛件高溫壓縮變形實(shí)驗(yàn)和室溫力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，優(yōu) 選出模糊規(guī)則權(quán)系數(shù)和權(quán)值，然后代入TC4合金鍛件室溫力學(xué)性能的數(shù)學(xué)模型，得到TC4合 金鍛件室溫強(qiáng)度極限、屈服強(qiáng)度、延伸率、斷面縮減率的預(yù)報(bào)模型。本發(fā)明方法預(yù)報(bào)的TC4合 金鍛件強(qiáng)度極限、屈服強(qiáng)度、延伸率、斷面縮減率的測(cè)試樣本結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的最大誤 差分別為0.93 %、0.81 %、3.31 %、2.84 %。表明本發(fā)明所提供的TC4合金鍛件室溫力學(xué)性能 的預(yù)報(bào)方法具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性，在此基礎(chǔ)上不僅可W為實(shí)際生產(chǎn)優(yōu)選出合適的鍛 造工藝參數(shù)，保證TC4合金鍛件的使用可靠性，而且還可W節(jié)省大量的人力和物力。
[0034] 下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 本發(fā)明TC4合金鍛件室溫力學(xué)性能的預(yù)報(bào)方法具體步