斜轧穿孔过程中的缺陷控制及数值研究

从作为制造飞机所使用的特殊材料起，钛就以密度小、强度高、耐腐蚀性等特点而著称，钛合金具有优异的综合性能，利用其良好的力学性能和工艺性能，进一步取得了大多数人的认可。钛合金管材生产难度大，原因是变形抗力较大，加工硬化强烈，易于开裂等。随着钛合金在工业应用方面的推广，钛合金无缝管材的塑性成形工艺研究已经成为该领域的热点之一。为了满足工业对钛合金管材内部质量和性能的苛刻要求，对轧制工艺提出了更高的要求。本文在国家自然科学基金项目（51275445）资助下，以国内某厂的钛管斜轧穿孔过程为研究对象，用非线性有限元法进行了斜轧穿孔过程热-力耦合的数值模拟，研究轧制过程中轧的温度、应力、应变、速度等各场量的分布状况及变化规律，并通过金相实验和能谱分析实验推测在实际生产中发生轧卡的原因，并依据此结果为基础，利用有限元对轧制工艺进行分析。本文以TA2材料为研究对象结合某厂实际生产工艺，利用有限元软件DEFORM-3D完成管坯斜轧穿孔过程热-力耦合有限元模型的建立和模拟计算。对应力、应变、轧制温度、轧制速度等场变量进行规律化研究。根据穿孔失败的模型推断出失败的原因及工艺。在DEFORM-3D的平台上按照相同的工艺参数分别建立了钛管穿孔模型和钢管穿孔模型，结果证明该工艺参数适合钢管而不适合钛管，对比两个模型的应力应变、轧制温度、轧制速度等场变量，也分析了钛管穿孔的导盘受力情况，得到钛管轧卡的原因。在此基础上，相应地改变几个关键的穿孔参数进行有限元模拟，其中在一组工艺参数下模拟进展较为顺利，而其他几组模拟均失败，得到了一组钛管斜轧穿孔的合理工艺参数。为了进一步研究钛管穿孔过程，使用该厂轧卡后的钛管进行金相组织实验和能谱分析实验，观察工艺废料的内部微观组织和表面质量，可以推测出在实际生产中发生轧卡的原因。