基于高速摄影技术的Ti60钛合金热压缩变形开裂准则研究.PDF

第45 卷 第2 期 稀有金属材料与工程 Vol.45, No.2 2016 年 2 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING February 2016 基于高速摄影技术的Ti60 钛合金热压缩 变形开裂准则研究 1 1 2 1 彭雯雯 ，曾卫东 ，王青江 ，俞汉清 (1.西北工业大学 凝固技术国家重点实验室，陕西 西安 710072) (2. 中国科学院金属研究所，辽宁 沈阳 110016) 摘 要：以Ti60 高温钛合金为研究对象，提出一种采用高速摄影技术来确定钛合金热压缩过程中临界开裂应变的新方 法，该方法通过采用 2 个对称分布的高速摄影仪来准确捕获裂纹形核的位置以及裂纹扩展路径，可成功地获得热变形 过程中的临界开裂应变。最终基于Oh 准则，通过引入Zener-Hollomon 因子，建立了可以考虑温度和应变速率综合影响 的 Ti60 钛合金热变形的韧性开裂准则。采用 FORTRAN 语言二次开发子程序将热变形开裂准则嵌入商用有限元软件 DEFORM-3D 中，对大规格Ti60 合金铸锭热镦开裂行为进行预测，验证了模型的有效性。 关键词：Ti60 钛合金；热变形开裂准则；高速摄影技术 + 中图法分类号：TG146.2 3 文献标识码：A 文章编号：1002- 185X(2016)02-0399-05 韧性开裂已成为难变形合金塑性成形过程中主要 而，高速摄影技术能够以每秒几万张甚至几十万张的 限制因素之一，是成形高质量产品应该极力避免发生 速度拍摄实验过程，再配以专业的影像分析软件，可 [1] 的现象 。近半个世纪以来，众多韧性开裂准则被提 记录金属在高温变形过程中的裂纹动态发展规律，该 出来对合金塑性变形过程进行开裂预测，以便更好地 技术已经在裂纹发展的基本规律以及裂纹长度和扩展 [2-8] [13, 14] [15, 16] 防止开裂的产生 。然而，现有的开裂准则大多均是 速度 、局部剪切行为的观察及剪切带的增殖 基于冷变形而提出的，针对于热变形开裂准则相关研 等方面得到了广泛的应用。朱艳春等人也采用类似的 究鲜有报道。目前，热变形工艺过程中对于开裂的预 方法测量了 Ti40 合金热压缩过程中的临界开裂应 [12] 防主要依据人为经验，灵活性很大，一般工件的好与 变 。然而，此临界开裂应变的测量仅仅是通过高速 坏完全建立在大量试错尝试的基础上，事倍功半，造 摄影仪观测合金一个侧面的开裂情况而确立的。由于 成了实际生产过程研究成本高，周期长，盲目性大等 合金表面裂纹出现的随机性，若只单一观测合金同一 缺陷。因此，系统地分析合金热变形过程中开裂行为 侧面的开裂情况而忽略另一侧面，势必会造成临界开 及机制，建立适合预测热变形开裂的韧性开裂准则， 裂观测的误差。因此，怎样有效地对金属整个表面进 具有重要的实际生产意义。