武小娟, 张建成, 张志强, 柏春光

(1. 沈阳理工大学 材料科学与工程学院, 沈阳 110159;2. 中国科学院金属研究所 轻质高强材料研究部, 沈阳 110016)

0 引 言

TC2钛合金名义成分为Ti-4Al-1.5Mn,具有良好的塑性和热稳定性,其型材常被应用于飞机的桁条和次承力框[1-5]。钛合金型材常用的生产方式有轧制、挤压和热绕弯成形等[6-7]。轧制生产的TC2钛合金型材具有生产效率高、表面质量好的优点。但型材轧制是非线性复杂的成形过程,轧制成形过程受轧制温度、轧制速度、孔型设计和轧辊表面质量等因素的影响[8-10]。采用传统试轧方式进行型材轧制成本高、研发周期长[11]。通过有限元法对轧制过程进行模拟,能够了解轧制过程中材料的应变场和温度场等变化规律,对优化轧制工艺具有重要的意义[12-13]。迄今为止,TC2钛合金型材轧制的相关研究极少,本文通过对TC2合金L型材轧制成形过程进行有限元模拟,研究初轧温度为920 ℃时轧制过程中轧件的温度场和应变场的变化规律,并进行轧制实验,观察微观组织演变的规律。

1 模型建立与模拟参数确定

1.1 有限元模型建立

型材轧制模型如图1所示,整个模型由上辊、下辊、轧件、入口导卫、出口导卫和推块组成,轧辊直径为355 mm,坯料长宽高为150 mm×47 mm×11 mm。将轧件设为刚塑性体,采用四面体网格划分,最大网格尺寸为1.5 mm,网格尺寸比为3,其余模型设为刚体。

图1 型材轧制模型示意图Fig.1 Model of profile rolling

1.2 材料参数和边界条件

轧制模拟过程中,轧制速度为1.65 m·s-1,轧件与空气对流换热系数为0.02 W(m2·K)-1,轧件与轧辊间接触换热系数为11 W(m2·K)-1,TC2合金热辐射率为0.5,推块速度为0.2 m·s-1,轧件与轧辊间摩擦系数为0.4。……