【文章內容簡介】 ...................... 25 控制軟件開發(fā)環(huán)境 ...................................... 25 動態(tài)鏈接庫 ............................................ 26 軟件實現(xiàn)的功能 ........................................ 27 控制程序的開發(fā) ............................................... 27 南昌航空大學學士論文 2 開發(fā)流程 .............................................. 27 實驗方法的集成 ........................................ 29 窗體的設計 ............................................ 30 軟件的調試及打包 ...................................... 30 定 m 值方法程序設計 ........................................... 30 核心程序設計 .......................................... 35 工作界面 .............................................. 36 關鍵 語句分析 .......................................... 39 實時監(jiān)控曲線 ................................................. 41 試驗數(shù)據處理軟件簡介 ......................................... 41 4 拉伸試驗結果及分析 引言 ......................................................... 42 超塑性試驗結果 ............................................... 44 設定 m值的方法試驗結果分析與討論 ............................. 46 顯微組織的分析 ............................................... 48 5 結論 參考文獻 ........................................................ 51 致謝 ............................................................. 52 南昌航空大學學士論文 1 1 緒論 鈦合金具有密度小、比強度高、低溫 熱導率低以及膨脹系數(shù)小等特點，是理想的低溫結構材料。 另外，鈦合金的工藝性能差，切削加工困難，在熱加工中，非常容易吸收氫氧氮碳等雜質。還有抗磨性差，生產工藝復雜 。 鈦的 工業(yè)化 生產是 1948 年開始的。航空工業(yè)發(fā)展的需要，使鈦工業(yè)以平均每年約 8％的增長速度發(fā)展。目前世界鈦合金加工材年產量已達 4萬余噸。 近年來，隨著我國國民經濟的持續(xù) 、 快速的發(fā)展，對鈦材的需求量也迅速增加。鈦合金作為輕質高溫材料在航空航天制造 中的重要作用愈來愈引人注目，而鈦合金在熱加工的過程中，由于它的熱加工溫度范圍很窄且不容易控制，造成了在一般的情況下，熱加工用模具和工件之間有一個非常大的溫度梯度，使得工件迅速冷卻，顯著提高了材料的變形抗力，特別是將鈦合金制成像飛機結構件那樣形狀復雜的零件，成品率很低。因此鈦合金的熱加工困難，而且制造成本也比較高，從而阻礙了鈦合金的推廣應用 [1]。隨著航空航天工業(yè)的不斷發(fā)展，對鈦合金的使用與制造也提出了更高的要求。而超塑性成形則對提高鈦合金成品率十分有效。近年來，采用超塑性成形工藝 (SPF)制備出綜合性能良好 的鈦合金，也就成為熱門研究方向之一。一些超塑性鈦合金正以其優(yōu)異的變形性能和材質均勻等特點，在航空航天以及汽車的零部件生產、工藝品制造、儀器儀表殼罩件和一些復雜形狀構件的生產中起到了不可替代的作用 [2]。 為了提高材料的超速性能 ,通用的手段是進一步細化晶粒，而繁瑣的細晶工藝影響了該技術的推廣應用，所以在該課題中 通過分析基于最大 m值超塑性拉伸試驗變形過程中的應變速率 應變變化軌跡， 在 基于 m值的高效超塑變形技術基礎上 ,將 m值設為某一個常數(shù) ,就可以分別在高速區(qū)或低速區(qū)進行超塑性變形的拉伸試驗 ,從而可以研究 m 值與超塑性 之間的關系。這樣就可以檢驗“ m值越大超塑性越好”這一既被認可又有爭議的觀點。進而有可能為最大 m值超塑變形機理尋找答案，也可以將 m值作為工藝參數(shù)來控制高速區(qū)的應變速率從而達到提高成形效率的目的。 在 本文中，將會從本課題的研究依據、目的和意義， 試驗材料與試驗方法，試驗控制系統(tǒng)，試驗結果與分析等方面詳細闡述該課題， 從而為實際生產提供可靠工藝參數(shù)。 南昌航空大學學士論文 2 、目的和意義 鈦及其合金作為理想的金屬結構材料，它具有比強度高和耐腐蝕性能好的顯著優(yōu)點，這使鈦合金不僅能在極其惡劣的大氣條件下使用，而且能耐強化學試劑的腐蝕，所以它特別適合于飛機和航天器的材料設計需要。在上個世紀五十年代初期，美國就成功地在飛機上使用了鈦，從而開拓了鈦在航空工業(yè)中應用的廣闊道路?，F(xiàn)在，鈦及其合金已經在世界各地得到了廣泛應用，在航空工業(yè)中主要是用來制作飛機的機身結構件、起落架、支撐梁、發(fā)動機壓氣機盤、葉片和接頭等；在航天工業(yè)中，鈦合金主要用來制作承力構件、框架、氣瓶、壓力容器、渦輪泵殼、固體火箭發(fā)動機殼體及噴管等零部件 [34]。 從二十世紀二十年代起，人們認識到一些材料在不發(fā)生頸縮的前提下能承受巨大的拉伸應變 ，從此人們開始科學地研究“超塑性 ”這一基本材料現(xiàn)象。 隨著航空、航天和精密儀表制造領域的發(fā)展，也逐漸引起世界各地相關領域對超塑性技術應用和研究的重視。我國對超塑性的研究始于上個世紀七十年代，雖然相對于一些發(fā)達國家來說起步較晚，但距今也有三十多年的歷史了。在這段時間內，國內許多高校和科研機構對超塑性成形進行了相關研究。鈦合金超塑性產品也在航空、航天、儀表、電子、輕工、機械和鐵道等工業(yè)部門得到了有效的應用：例如我國已經鍛造出了帶有密排軸向葉片的鈦合金渦輪盤和沒有焊縫的整體鈦合金高壓球罐，使生產率提高幾十倍到二百倍，成本降低到原有成本的 1/8～ 1/10，但是我國的超塑性應用和國外的批量商品化生產也還存在著一定的差距。 在 基于 m值的高效超塑變形技術基礎上 ,提出了將 m值設為某一個常數(shù) ,就可以分別在高速區(qū)或低速區(qū)進行超塑性變形的拉伸試驗 ,從而可以研究 m值與超塑性之間的關系。這樣就可以檢驗“ m 值越大超塑性越好”這一既被認可又有爭議的觀點。進而有可能為最大 m 值超塑變形機理尋找答案，也可以將 m 值作為工藝參數(shù)來控制高速區(qū)的應變速率從而達到提高成形效率的目的。 南昌航空大學學士論文 3 0 .30 .6蠕變 區(qū) 應變速率敏感指數(shù)應變 速率(對數(shù)) 超塑性區(qū) 塑性區(qū)A B 圖 11 塑性變形區(qū)域圖 同時也完善了鈦合金超塑成形體系 ,從而為實際生產提供可靠工藝參數(shù) 。 文獻綜述 鈦合金的特點 早在 1791 年，英國受人尊敬的礦物學家和化學家 William Mcgregor 就發(fā)現(xiàn)了鈦元素的存在。令人遺憾的是鈦元素與氧、氮、碳、氫等元素有極強的親和力，并且在高溫下與絕大多數(shù)耐火材料都能發(fā)生反應，所以地殼中一些具有高鈦含量的礦石就很少被發(fā)現(xiàn)，也從未發(fā)現(xiàn)過純鈦。金屬鈦的提取工藝非常的復雜和困難，因此鈦非常昂貴，大約經歷了一百多年，人們才先后發(fā)明了金屬鈦的提取方法，如鈉熱法、碘化法等。 鈦合金最突出的特點是它的高比強度和優(yōu)異的耐腐蝕性能，而且鈦合金同時具有較好的低溫 性能和優(yōu)良的耐熱性，所以鈦合金能在較寬的溫度范圍內使用，應用面積廣。在工業(yè)應用中，只要選材得當，采用鈦合金材料可以明顯地提高工作效率，帶來顯著的經濟效益。鈦合金不易被氧化，在海水中它的腐蝕率能和白金媲美 [57]。 鈦合金的分類 1. 按其退火組織鈦合金一般分為 α 型， β 型及 α+β 型三大類。 α 型鈦合金在常溫下不能保留高溫的體心立方 β 相，因此應全部為單相 α 組織。 α 型鈦合金組織穩(wěn)定、耐蝕、易焊接、韌性及塑性好。室溫強度低于 β 型鈦合金和 α+β 型鈦合金。但高溫 (500~600℃ )強度比 β 型及 α +β 型鈦合金 要好。 α 型鈦合金是單相合金，故不能熱處理強化。 β 型鈦合金為穩(wěn)定的退火組織及穩(wěn)定的 β 區(qū)淬火組織，均為 β 單相組織。這種組織的晶粒尺寸一般比等軸 α 或 α +β 組織粗大。 β南昌航空大學學士論文 4 型鈦合金具有較高的強度、優(yōu)良的沖壓性，但耐熱性差、抗氧化性能低，當溫度超過 700℃ 時，合金很容易受大氣雜質氣體的污染。它的生產工藝復雜，且性能不太穩(wěn)定，因而限制了它的應用。 α +β 型鈦合金在平衡狀態(tài)下由 α +β 兩相組成，兩相比例取決于合金成分，特別是 β 穩(wěn)定化元素的含量。國產 α +β 型鈦合金中的β 相含量大約在 5~20%范圍內。 α +β 型鈦合金有等軸 α +β 組織和 雙態(tài) α +β 組織，它兼有 α 型鈦合金和 β 型鈦合金兩者的優(yōu)點：強度高、塑性好、耐熱性高、耐腐蝕性和冷、熱加工性及低溫性能都很好，并可以通過淬火和時效強化，是鈦合金中應用最廣泛的合金 [89]。 2. 按性能分類，則鈦合金可分為低強鈦合金、中強鈦合金、高強鈦合金、低溫鈦合金、鑄造鈦合金及粉末冶金鈦合金等。 3. 鈦合金按用途可分為耐熱合金、高強合金、耐蝕合金 (鈦 鉬，鈦 鈀合金等 )、低溫合金以及特殊功能合金 (鈦 鐵貯氫材料和鈦 鎳記憶合金 )等。 鈦合金的應用 鈦合金的優(yōu)異性能使它成為航空航天應用的主體。 在航空航天領域，鈦合金常被應用于鋁合金、高強度鋼或鎳基超合金的質量、強度、抗蝕性和高溫穩(wěn)定性等綜合性能不能滿足的航空產品中。例如飛機蒙皮材料，當馬赫數(shù) M 超過 時，飛機的表面溫度高于 200℃，此時傳統(tǒng)的鋁蒙皮就不適用，需要鈦合金來取代。在 1970年美國研制的 F14高速戰(zhàn)斗機，馬赫數(shù) M為 ，機身上的中央翼盒原用鋼制，而改用鈦合金后，其重量減輕了百分之四十。因此高速飛機上的機身隔框、發(fā)動機艙、起落架框軸和某些受力件等零部件都已改用鈦合金制造。 鈦及其合金優(yōu)良的耐腐性性能，使它目前也廣泛的應用于化學工業(yè)、 加工業(yè)和發(fā)電工業(yè)中。在化學工藝工程中，鈦用于制造容器、混合器、泵體、交換柱罐、熱交換器、導管、攪拌器和反應器等化學儀器。鈦合金除了抗蝕性外，與高強鋼相比，鈦還具有高強度和低密度的特點，因此它不僅適合于制作各類艦艇船舶，而且也是制造海水淡化裝置和電力工業(yè)上冷卻器的最佳材料。如用于海水淡化裝置和海濱電站用的鈦管冷凝器，以及鉆井裝置和供給船上的冷卻水管、供水管、海水提升管和壓載水管系都采用鈦材料制造而成。另外鈦及其合金在汽車工業(yè)、建筑工業(yè)、醫(yī)學乃至信息技術中也有廣泛的應用 [10] TC6 鈦合金介紹：實驗使用的 是 TC6（ ，附表）。 TC6 鈦合金含有 α 穩(wěn)定元素 Al、同晶型 β 穩(wěn)定元素 Mo 和共析型 β 穩(wěn)定元素 Cr、 Fe 和 Si， β 穩(wěn)定系數(shù)? ?，相變點在 950℃ ~990℃ 之間。該合金的使用狀態(tài)一般為退火狀態(tài)，也可以進行適當?shù)哪喜娇沾髮W學士論文 5 強化熱處理。 TC6 鈦合金具有較高的室溫強度，而且在 450℃以下有良好的熱強性能，是一種新型兩相熱強鈦合金，除具有普通鈦合金比強度高、抗腐蝕性好等優(yōu)點外，它還具有良好的塑性和沖擊韌性。組織上屬α +β型合金，在長期加熱條件下，因發(fā)生β共析分解會 使合金脆化，為此加入 ％ Mo，以延緩共析分解，改善熱穩(wěn)定性。 TC6 是一種具有復雜顯微組織結構的兩相鈦合金。擁有密度低、強度高、耐腐蝕等優(yōu)點，但其材料成本昂貴，難以進行鍛造加工成形。普通退火狀態(tài) TC6 鈦合金在 300℃/5000h 以下具有良好的組織和性能穩(wěn)定性，不同溫度瞬時拉伸、蠕變、持久等高溫性能與雙重退火和等溫退火狀態(tài)相當。經普通退火處理的 TC6 鈦合金半成品可以滿足飛機結構件的使用溫度 (300℃ 以下 )要求。 TC6 鈦合金主要用來制造航空發(fā)動機的壓氣機盤和葉片等零件，能在 400℃以下長時間工作 6000h 以上和在 450℃工作 2020h 以下。該合金還可作為中強度合金用來制造飛機的隔框、接頭等承力結構件及不同用途的緊固件。生產的半成品主要有棒材、鍛件及模鍛件等。 超塑性的概念及分類 超塑性是指材料在 特定條件下，表現(xiàn)出異常高的塑性而不產生縮頸與斷裂的現(xiàn)象。但至今還沒有從物理本質上的確切定義。有的以拉伸試驗的延伸率來定義，認為 δ200% 即為超塑性；有的以應變速率敏感性指數(shù) m 來定義，認為 m，即為超塑性；還有的認為抗頸縮能力大，即為超塑性 [11] 。 超塑性的產生和材料的內在條件有關，例如材料的化 學成分、晶體結構、顯微組織 (包括晶粒大小、形狀