Tc6鈦合金鍛件微觀組織參數(shù)的預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鍛件微觀組織參數(shù)的預(yù)測(cè)方法，特別是涉及一種TC6鈦合金鍛件 微觀組織參數(shù)的預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在鈦合金鍛造變形技術(shù)領(lǐng)域，在確保鍛件形狀和尺寸精度的同時(shí)，更加注重鍛件 的力學(xué)性能。鍛件力學(xué)性能直接由鍛件的微觀組織決定。因此，在不改變材料成分的前提 下，通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)合理有效地控制鍛造工藝，可以獲得滿足設(shè)計(jì)要求的微觀組織與力 學(xué)性能。特別是，鈦合金代表的難變形金屬材料一般用于制造關(guān)鍵鍛件，需要通過(guò)獲得好的 微觀組織保證其鍛件的力學(xué)性能。
[0003] 文獻(xiàn)1"鍛造成形微觀組織優(yōu)化建模及應(yīng)用[J]，王廣春，管婧，趙國(guó)群，塑性工程學(xué) 報(bào)，2005,5:49 - 53"公開(kāi)了一種以晶粒分布均勻性和細(xì)小化為目標(biāo)，采用鋼的微觀組織模 型，結(jié)合有限元數(shù)值模擬方法，對(duì)45鋼圓柱體鐓粗過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化。該方法采用傳統(tǒng)的Yada 模型，但是Yada模型僅適合于普通碳素鋼鍛件奧氏體晶粒尺寸的計(jì)算。
[0004] 文獻(xiàn)2"專利申請(qǐng)?zhí)柺荂N200810234559的中國(guó)發(fā)明專利"公開(kāi)了一種含氮奧氏體鋼 微觀組織預(yù)測(cè)方法。該方法由輸入模塊、計(jì)算模塊和輸出模塊組成，其中計(jì)算模塊包括高溫 S相體積分?jǐn)?shù)計(jì)算模塊、氮化物Cr2N在中溫階段等溫處理時(shí)的晶界開(kāi)始析出時(shí)間計(jì)算模塊 和低溫ε和α馬氏體的開(kāi)始轉(zhuǎn)變溫度計(jì)算模塊。因此，文獻(xiàn)2提出的微觀組織預(yù)測(cè)方法僅適合 于含氮奧氏體鋼在熱處理?xiàng)l件下的微觀組織參數(shù)計(jì)算，也不能預(yù)測(cè)含氮奧氏體鋼在鍛造變 形條件下的微觀組織參數(shù)。
[0005] 鈦合金與鋼、鋁合金、銅合金、鎂合金等材料有截然不同的微觀組織，并且鈦合金 的微觀組織對(duì)鍛造變形工藝參數(shù)特別敏感，對(duì)鍛造工藝參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化的影響特別顯著。 同時(shí)，預(yù)測(cè)鈦合金鍛造變形時(shí)微觀組織參數(shù)的難度特別大。因此，預(yù)測(cè)鈦合金鍛件鍛造變形 時(shí)的微觀組織參數(shù)是一項(xiàng)國(guó)際性難題。對(duì)α+β型鈦合金進(jìn)行鍛造變形時(shí)，初生α相的晶粒尺 寸和體積分?jǐn)?shù)是決定其鍛件力學(xué)性能的基本因素。因此，確定鈦合金初生α相晶粒尺寸和體 積分?jǐn)?shù)是其鍛造工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本前提。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服現(xiàn)有鍛件微觀組織參數(shù)的預(yù)測(cè)方法實(shí)用性差的不足，本發(fā)明提供一種 TC6鈦合金鍛件微觀組織參數(shù)的預(yù)測(cè)方法。該方法首先確定TC6鈦合金的鍛造變形溫度、應(yīng) 變速率和應(yīng)變的9個(gè)隸屬函數(shù)和27條模糊規(guī)則，再建立TC6鈦合金初生α相晶粒尺寸和體積 分?jǐn)?shù)的數(shù)學(xué)模型;采用TC6鈦合金高溫壓縮變形實(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TC6鈦合金初生α相晶粒尺寸和體積分?jǐn)?shù)的數(shù)學(xué)模型，得到TC6鈦合金鍛件初生α相 晶粒尺寸和體積分?jǐn)?shù)的預(yù)測(cè)模型。本發(fā)明預(yù)測(cè)的TC6鈦合金鍛件初生α相晶粒尺寸和體積分 數(shù)的測(cè)試樣本結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的最大誤差小于5%，表明本發(fā)明所提供的TC6鈦合金鍛 件初生α相晶粒尺寸和體積分?jǐn)?shù)的預(yù)測(cè)方法具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性，可為實(shí)際生產(chǎn)優(yōu) 選出合適的鍛造變形工藝，節(jié)省大量的人力和物力。
[0007] 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TC6鈦合金鍛件微觀組織參數(shù) 的預(yù)測(cè)方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟：
[0008] 步驟一、采用機(jī)械加工方法將TC6鈦合金棒材加工成熱模擬壓縮試樣，在熱模擬試 驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行高溫壓縮變形實(shí)驗(yàn)，在壓縮變形實(shí)驗(yàn)前保溫，壓縮變形時(shí)采用高溫潤(rùn)滑劑保護(hù)， 以防止TC6鈦合金氧化；
[0009] 步驟二、對(duì)步驟一得到的TC6鈦合金熱模擬壓縮變形試樣進(jìn)行定量金相分析，得到 TC6鈦合金初生α相在不同鍛造變形條件下的晶粒尺寸和體積分?jǐn)?shù)；
[0010] 步驟三、對(duì)TC6鈦合金的鍛造變形溫度Τ、應(yīng)變速率#和應(yīng)變?chǔ)胚M(jìn)行歸一化處理；其 中，變形溫度Τ的單位是Κ，應(yīng)變速率?的單位是?Γ 1。
[0011] 步驟四、將TC6鈦合金的鍛造變形溫度Τ、應(yīng)變速率i和應(yīng)變?chǔ)旁O(shè)為輸入變量，上述三 個(gè)輸入變量劃分為大、中、小三個(gè)子集，表示為{LA，MI，SM}，晶粒尺寸da或體積分?jǐn)?shù)fa設(shè)為輸 出函數(shù)值;其中，晶粒尺寸da的單位是μπ?，體積分?jǐn)?shù)fa的單位是％ ;
[0012] 步驟五、確定TC6鈦合金的鍛造變形溫度T、應(yīng)變速率^和應(yīng)變?chǔ)旁谌齻€(gè)子集的隸屬 函數(shù)分別為， Γι.
[0020]
[0021]
[0022] 式中，B j為隸屬函數(shù)的方差，?Υ、T s分別為絕對(duì)鍛造變形溫度的最大值、最小值， 之、4分別為應(yīng)變速率的最大值、最小值，￡L、es分別為應(yīng)變的最大值、最小值。
[0023] 步驟六、確定TC6鈦合金的鍛造變形溫度T、應(yīng)變速率?和應(yīng)變?chǔ)诺哪：?guī)則為，
[0024] t旲糊規(guī)則i :如果Τ是LA，i是LA，ε是LA，
[0025] 貝丨J，輸出函數(shù)值ν = A + 了 + /#·十/仏 (4a)
[0026] 模糊規(guī)則權(quán)值 ￥=/，;( Γ)Λ/4 (·<；·) Λ/，(( 6·) (4b)
[0027] 式中，w1為第i條模糊規(guī)則的權(quán)值，'、g、f、A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；
[0028]步驟七、建立TC6鈦合金鍛件初生α相晶粒尺寸或體積分?jǐn)?shù)的預(yù)測(cè)模型為，
[0029]
[0030]式中，m為模糊規(guī)則數(shù)，根據(jù)模糊區(qū)域劃分，m = 33;
[0031] 步驟八、從TC6鈦合金熱模擬壓縮變形和定量金相實(shí)驗(yàn)中獲得的鍛造變形溫度、應(yīng) 變速率、應(yīng)變、晶粒尺寸、體積分?jǐn)?shù)組合中選取多組數(shù)據(jù)組合為教師樣本。采用教師樣本對(duì) 預(yù)測(cè)模型式(5)進(jìn)行訓(xùn)練，當(dāng)晶粒尺寸或體積分?jǐn)?shù)的累計(jì)誤差小于2%時(shí)，確定模糊規(guī)則的 權(quán)系數(shù)4、WK和/4和模糊規(guī)則的權(quán)值W。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)C6鈦合金鍛件初生α相晶粒尺寸或體積分?jǐn)?shù)的預(yù)測(cè)模型。
[0032] 本發(fā)明的有益效果是:該方法首先確定TC6鈦合金的鍛造變形溫度、應(yīng)變速率和應(yīng) 變的9個(gè)隸屬函數(shù)和27條模糊規(guī)則，再建立TC6鈦合金初生α相晶粒尺寸和體積分?jǐn)?shù)的數(shù)學(xué) 模型;采用TC6鈦合金高溫壓縮變形實(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TC6 鈦合金初生α相晶粒尺寸和體積分?jǐn)?shù)的數(shù)學(xué)模型，得到TC6鈦合金鍛件初生α相晶粒尺寸和 體積分?jǐn)?shù)的預(yù)測(cè)模型。本發(fā)明方法預(yù)測(cè)的TC6鈦合金鍛件初生α相晶粒尺寸的測(cè)試樣本結(jié)果 與實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的最大誤差為4.45%，TC6鈦合金鍛件初生α相體積分?jǐn)?shù)的測(cè)試樣本結(jié)果與 實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間的最大誤差為4.62%。表明本發(fā)明所提供的TC6鈦合金鍛件初生α相晶粒尺寸 和體積分?jǐn)?shù)的預(yù)測(cè)方法具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性，可為實(shí)際生產(chǎn)優(yōu)選出合適的鍛造變形 工藝，節(jié)省大量的人力和物力。
[0033]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】
[0034]實(shí)施例1 :TC6鈦合金鍛件初生α相晶粒尺寸的預(yù)測(cè)。
[0035] (1)將直徑35mm的供應(yīng)態(tài)TC6鈦合金棒材進(jìn)行機(jī)械加工，得到直徑為8mm，高度12mm 的熱模擬壓縮試樣；
[0036] (2)用無(wú)水乙醇清洗TC6鈦合金試樣，在其清洗表面涂敷玻璃潤(rùn)滑劑；
[0037] (3)選取鍛造變形溫度 1073K、1103K、1133K、1163K、1193K、1223K、1253K、1283K、 1313Κ，應(yīng)變速率0.001、0.01、1、10、50 8 - 1，最大應(yīng)變0.69;將1^6鈦合金放置在 Thermecmaster-Z型熱模擬壓縮試驗(yàn)機(jī)工作臺(tái)中央