● 摘要
钛合金锻造工艺复杂且成本高，其技术水平直接体现了钛合金制造水平，也从侧面反映了航空制造技术的先进性。传统的基于试错法的钛合金锻造技术周期长、效率低、成本高，无法满足现代数字化智能制造的需求。以优化钛合金锻造工艺、降低生产成本、缩短研发周期为目标的钛合金锻造数字化仿真技术已成为当前热点。本文对Ti-55531钛合金热变形行为、动态再结晶行为、锻造工艺优化、微观组织仿真技术方面进行了研究。
针对钛合金锻造变形抗力大、可锻造区间小的特点，采用恒应变速率等温单向压缩实验，研究了Ti-55531钛合金热变形行为和动态再结晶软化规律。通过分析单向压缩实验真实应力-应变曲线，得到了Ti-55531钛合金的应力本构方程，并确定了不同相区热激活能等微观仿真热力学参数。
基于MATLAB语言，结合有限元方法（FEM）和元胞自动机方法（CA）建立了微观组织耦合仿真平台。在DEFORM宏观分析基础上，确定变形特征点，利用MATLAB和COMSOL建立FE-CA耦合模型对特征点区域进行微观组织演化仿真，预测微观组织变化。
利用微观组织耦合仿真平台对Ti-55531钛合金自由锻进行工艺仿真分析，研究了变形参数对锻件微观组织演化的影响，结合实际自由锻件微观组织形貌图进行了验证分析，结果表明模型能够反映动态再结晶规律，验证了模型的准确性。
对Ti-55531钛合金典型件模锻进行工艺优化和微观组织演化研究分析，确定了钛合金模锻最优锻造工艺参数，确定了模锻件微观组织分布，指出模锻件局部区域微观组织可能出现粗晶问题，为模锻工艺设计提供参考和理论指导。