钛合金粉末热压成形本构模型研究开题报告
2020-02-20 10:23:27
1. 研究目的与意义（文献综述）
1.研究目的与意义钛及钛合金是一种于上世纪五十年代发展利用起来的新型金属，钛及钛合金具有密度小、比强度高、热膨胀系数低、抗腐蚀性好、耐热耐腐蚀、与复合材料兼容性好、易焊接等特点，广泛应用于航空航天、海洋、化工、军工、医疗等领域，被誉为仅次于铁、铝的正在崛起的 “ 第三金属 ”[1]。 ti-6al-4v合金是美国于1954年研制的第一个实用的钛合金，该合金的使用量占钛合金整体的80%左右，是钛合金中的王牌。我们将可以将ti-6al-4v合金作为典型来研究，从而达到对整个钛合金使用发展的目的。
尽管钛合金有上述多种优点，但是由于钛合金的强度高、硬度大、化学性质活泼、高温时易于其他材料发生化学反应，此类性质迫使钛合金与一般传统的精炼、熔融和铸造技术不同，会出现很多缺陷，甚至经常造成模具的损坏。基于此，随着ti-6al-4v粉末冶金技术的发展，粉末钛热等静压（pm/hip）技术[2]可制造出高性能、低成本的钛合金构件。其优点包括：材料致密度高，相对密度接近100%，内部组织均匀细致、无缺陷、无织构、无偏析、内应力小等性能可全面达到或超过锻件的水平；材料设计适应性强，通过成分的改变，可达到多种性能和功能的需求。
在粉末压制过程中，材料的本构模型代表着粉体的变形机理，是粉末成形过程仿真模拟分析的基础与核心，建立粉末压制本构模型对研究粉体压制成形规律、优化模具设计及工艺参数具有重要意义。而ti-6al-4v粉末冶金成形技术模拟的难点是本构模型的建立，实践与理论不断结合才能创造出成功的本构模型，目前，现有的对钛合金粉末压制成型过程的本构模型还不够完善，有很大的局限性，且现有的本构模型与具体实验的结果相差较大，我们需要重新修正这些模型，找到一个更加普遍适用的本构模型。[3]
2. 研究的基本内容与方案
| 1.设计的任务是： |
（2）设计加工实验工装及模具，对Ti-6Al-4V钛合金粉料进行室温模压试验、单轴压缩和径向压缩（巴西圆盘）实验以及不同温度下的热压实验；
（3）对试验数据进行数据处理，通过理论计算与分析建立钛合金粉末热压成形的Drucker-Prager Cap（DPC）模型，建立模型参数与相对密度及温度的关系；
（4）基于典型热压实验，验证钛合金粉末热压成形本构模型；
（4）完成不少于5000字的英文文献翻译；
（6）总结选题对社会、健康、安全、成本以及环境等的影响，撰写毕业论文，字数不少于1.2万字。
| 2.设计需要重点解决的问题及拟采用的方案是：
重点解决的问题是：建立模型参数与相对密度的关系，并考虑热压温度对压制密度的影响，研究分析模型参数与相对密度及温度的关系，建立考虑温度影响的修正Drucker-Prager Cap本构模型，并通过钛合金粉末热压成形实验验证模型的适用性。
3.拟采用的方案 （1）以Ti-6Al-4V粉末为对象，室温下用压力机压制出不同致密度的粉体压坯，通过单轴压缩和径向压缩（巴西圆盘）实验，建立其室温下Drucker-Prager Cap (DPC)模型中剪切曲面模型参数与相对密度的关系； |
（2）室温下对Ti-6Al-4V钛合金粉末进行模压试验，测得实验过程中上、下冲头应力-应变、径向力等相关实验数据，建立其室温下Drucker-Prager Cap (DPC)模型中帽曲面部分模型参数与相对密度的关系；
（3）通过理论分析与数据处理建立Ti-6Al-4V钛合金粉末室温压制的弹性参数与相对密度的关系；
（4）通过不同温度下的热压实验，研究温度对相对密度的影响规律，基于理论分析，归纳出考虑温度影响的修正Drucker-Prager Cap本构模型，建立模型参数与相对密度及温度的关系；
（5）通过典型热压实验验证所建立的热压本构模型。
3. 研究计划与安排
第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，确定方案，完成开题报告；
第4－6周：设计加工实验工装及模具，准备实验原材料；
第7－10周：对钛合金粉末进行室温模压试验、单轴压缩和径向压缩（巴西圆盘）实验以及不同温度下的热压实验，测得所需实验数据；
4. 参考文献（12篇以上）
| 3、参考文献 [1]徐磊,郭瑞鹏,吴杰,卢正冠,杨锐.钛合金粉末热等静压近净成形研究进展[J].金属学报,2018,54(11):1537-1552. [2]马玉龙. TC4钛合金粉末成形及数值模拟研究[D].南京航空航天大学,2016. [3]刘文彬,陈伟,王铁军,车洪艳,梁超.粉末钛合金的热等静压技术研究进展[J].粉末冶金工业,2018,28(02):1-7. [4]谢奇峻. AZ31B镁合金冲击动态力学行为的实验和本构模型研究[D].西南交通大学,2018. [5]徐可. 熔融沉积增材制造ABS材料本构模型研究及其应用[D].大连理工大学,2018. [6]S. Amir H. Motaman,Ulrich Prahl. Microstructural constitutive model for polycrystal viscoplasticity in cold and warm regimes based on continuum dislocation dynamics[J]. Journal of the Mechanics and Physics of Solids,2018. [7]Ravindranadh Bobbili,Vemuri Madhu. Dynamic behavior and constitutive modeling of Ti-10-2-3 alloy[J]. Journal of Alloys and Compounds,2019,786. [8]Mohammad M. Karimi,Masoud K. Darabi,Nader Tabatabaee. A Thermodynamic-Based Large Deformation Viscoplastic Constitutive Relationship for Asphalt Concrete Compaction[J]. International Journal of Solids and Structures,2019. [9]刘少飞,屈银虎,王崇楼,王彦龙,成小乐,王柯.金属和合金高温变形过程本构模型的研究进展[J].材料导报,2018,32(13):2241-2251 2277. [10]严杰,潘清林,李安德,宋文博.Al-6.2Zn-0.70Mg-0.30Mn-0.17Zr合金基于Arrhenius模型与ANN模型的热压缩流变行为（英文）[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2017,27(03):638-647. |
