钛合金因其低密度、高比强和抗蠕变性等优异性能，在航空航天等领域得到了广泛的应用。钛合金具有延展性低、变形抗力大和各向异性明显等特点，因此钛合金对热变形工艺参数十分敏感。

    模拟技术在钛合金热加工领域的应用钛合金通常需要在β单相区或αβ两相区进行热加工来获得具有一定组织和性能的产品。而热加工参数的选择对钛合金的加工性能与显微组织都产生重要的影响。近年来，国内在钛合金热加工领域的研究日渐增多，其中热模拟技术和数值模拟技术在钛合金热变形机制和组织演变规律方面的应用尤为突出。

    热模拟技术的典型应用众多学者利用热/力模拟试验机对不同类型的钛合金进行了热压缩变形实验，获得了材料的流动应力曲线即应力-应变关系。流动应力曲线反映了流动应力与变形工艺参数之间的内在关系，同时，也是材料内部组织变化的宏观表现。徐文臣等在热模拟机上进行了恒应变速率压缩变形试验，研究TA15钛合金的动态热变形行为，计算了材料的变形激活能Q并观察了热变形组织。在α相区动态再结晶是材料的主要软化机制，而在β相区软化机制则以动态回复为主。

    数值模拟技术的典型应用由于数值模拟技术使得钛合金热加工工艺过程可以真实地在计算机上再现，所以企业生产者和科研工作者都利用此技术研究理想工艺参数与相应组织、力学性能的关系，达到优化现行生产工艺和降低新产品、新工艺、新材料研制成本的目的。邵晖[11]等研究了片状组织TC21钛合金在两相区锻造过程中的α相演变。采用DEFORM软件模拟分析了锻造过程中温度场、应变场的变化规律并定量分析了α相的形貌变化，Feret Ratio越小，形貌趋于球化。结果表明，应变场与温度场影响片状相演变，在较低的应变条件下，锻料边部由于温度降低较快，再结晶充分，锻料中心位置温度较高。

    微观组织演变模拟研究钛合金显微组织的多样性与钛合金多工序的生产过程以及各工序过程的多样性有着规律性的联系。这种复杂联系决定了传统方法很难对钛合金组织与性能进行预测和控制。随着近年计算机与数值模拟技术的发展，微观组织数值模拟方法成为获得主要工艺参数对热成形工件宏观和微观组织影响的定量关系的有力工具。采用数值模拟技术再现微观组织的演化过程，不仅可以加深理解组织变化机理，促进现有理论的发展，而且可以改善材料组织结构和优化材料的制备工艺，从而获得材料预期的力学能。

    与传统工艺试错法相比，采取模拟技术作为研发手段可缩短研制周期、降低生产成本、优化生产工艺，从而达到提高生产效率和增长经济效益的目的。而钛合金因价格昂贵、生产周期长，其生产工艺的研究迫切需要模拟技术来为之开辟捷径，攻克热加工温度范围窄、工艺—组织—性能关系复杂多样等难题。

    国内外已采用热模拟技术和数值模拟技术对钛合金热变形机制与微观组织演变开展了大量的研究工作，获得了力能参数与工艺参数、微观组织关系等结果，可起到优化生产工艺、提高产品质量的作用和效果。但是由于材料性能数据不准确、边界条件和摩擦参数难贴近实际、宏观变量研究未涉及微观组织变化等因素，因此模拟结果跟实际生产相比存在一定的误差。

    未来钛合金热变形机制及微观组织演变规律的研究须将物理模拟技术和数值模拟技术有机结合，建立更加符合实际生产过程的宏观有限元模型，并将其与微观组织演变模型耦合，力求模拟结果不仅能为现场生产提供理论依据，而且能够定量地指导现场工艺，最终达到实时跟踪变形过程、控制产品质量的目的。


 

责任编辑：王元

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