热处理对TC4钛合金组织结构及铣削加工性能的影响
因高比强度、低密度与热膨胀系数等优点，TC4钛合金在微波组件电子封装领域的应用受到重视。但在薄壁、复杂外形TC4钛合金电子封装壳体加工中，常常发生加工变形，成品率降低。因此，开展TC4钛合金机加工前工艺优化研究，改善组织结构，提高机加工性能与成品率，具有重要价值。 本文首先对加工变形量大的TC4钛合金坯料进行显微组织及力学性能测试分析，找出其加工质量不合格的原因。其次，对该批次TC4钛合金坯料进行不同制度下的热处理，开展不同热处理态TC4钛合金显微组织结构和性能研究，以及铣削加工性能评价，并结合有限元仿真，最终确定最佳的热处理工艺方案。 TC4钛合金壳体铣削加工变形的主要原因是存在条状组织，各向异性明显，内应力大；同时，TC4薄壁刚度较低，在铣削力与内应力的共同作用下，发生变形。 随着退火温度的升高，TC4钛合金中的条状组织逐渐减少，900℃退火时基本消除，α相等轴晶明显长大，β相晶粒均匀地沿α晶界断续分布，强度、硬度及塑性适中。900℃正火态TC4钛合金为由初生α等轴晶和β相转变组织共同构成的双相组织，强度、硬度较高，塑性较低。930℃淬火态(固溶)TC4钛合金的组织形态为在网篮状α''马氏体基体中分布细小初生α相等轴晶粒，强度、硬度进一步增加，但塑韧性更低。对淬火态TC4钛合金进行530℃回火处理后，其中的α''和残余β''发生分解，但网篮状结构仍然保留，初生α相晶粒仍呈等轴状，少量的β相弥散分布，强度、硬度最高，塑韧性最低。 随着退火温度升高，TC4钛合金中的等轴晶粒长大，切屑锯齿化程度(Gs)、加工变形程度和表面粗糙度均先下降后上升，900℃退火状态下，切屑Gs最低，加工变形程度最小，表面粗糙度最低，工件加工质量最佳。固溶及时效处理后的TC4钛合金内应力较大，铣削力也大，铣削加工后变形严重，不符合产品的质量需求。 利用ABAQUS软件建立Johnson-Cook本构参数A、B、m、n与铣削加工后TC4钛合金壳体侧壁最大Mises应力的线性拟合关系，反求得到不同热处理态TC4钛合金的本构参数，并进行铣削仿真。结果表明，900℃退火TC4钛合金铣削变形程度最低，与实验结果相一致。同时，也验证了本研究本构参数选取的合理性，为TC4钛合金机加工仿真模拟提供数据支持。
TC4钛合金;热处理;铣削加工;力学性能;显微组织;有限元仿真
合肥工业大学
硕士
材料物理与化学
汤文明
2021
中文
TG146.23;TG156
2022-01-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）