钛合金由于具有比强度高、耐高温、耐侵蚀性等 优异的综合性能，，，，，在航空航天、舰船和核电等工业领 域获得普遍的应用冋。。。。。随着塑性成形加工手艺的不 断生长，，，，，市场对锻件产品质量要求一直提高，，，，，相识和 掌握生产加工工艺对产品质量的影响，，，，，并通过控制 工艺参数来提高产品质量是很是主要的。。。。。其中，，，，，锻 造是塑性变形中的一种代表性工艺，，，，，通过对锻件进 行重复的徹粗拔长使锻件爆发较大的变形、累积较 大应变，，，，，主要目的是细化晶粒、消除锻件内部缺陷、 提高锻件性能，，，，，总体上使合金质料的组织性能获得 改善,并且锻件的内部组织、力学性能和服役寿命均凌驾了铸件然而锻件在铸造历程中容易爆发裂 纹并影响锻件的及格率，，，，，而损伤值的巨细是权衡锻 件塑性变形历程中裂纹泛起几率的指标，，，，，当钛锻件损伤值抵达临界值时裂纹萌生。。。。。因此，，，，，相识差别铸造工 艺参数下的损伤值,对包管锻件成形质量、提升锻件 在服役时代的可靠性具有主要意义。。。。。

现实铸造加工历程较为重大且关于锻件的变形 参数和性能之间的关系是难以直接测试和表征的，，，，， 通过有限元数值模拟可以对重大的铸造历程中损伤 值举行有用剖析冋,在节约财力和物力的同时，，，，，也展现了在差别的变形速率、变形温度、攻击次数下锻件 损伤值的巨细，，，，，并通过正交试验对铸造工艺参数进 行优化。。。。。综合思量差别铸造工艺参数对锻件损伤值 影响的显著度，，，，，获得一组较优的工艺参数组，，，，，为TC4钛合金在铸造生产历程中提高锻件质量、装备整体 服役寿命提供理论依据。。。。。

1、钛合金锻件仿真模子建设

使用Deform-3D有限元仿真软件对TC4钛合金多次铸造变形历程举行仿真。。。。。建设有限元模拟时所需坯料和模具的三维模子如图1所示，，，，，其中坯料的尺寸为100mmx50mmx80mm与现实锻件铸造尺寸坚持一致，，，，，上下模具为铸造装备试验简化后的锤头和砧板。。。。。

凭证铸造生产历程中变形速率、变形温度、变形量等因素对锻件损伤值的影响，，，，，设置铸造工艺参数为变形温度925、950、975、1000、1025°C,变形速率0.2、2、20、200mm/s,变形量 30%、40%、50%、60%、70%。。。。。

2、TC4钛合金有限元仿真效果剖析

2.1 工艺参数对锻件损伤值的影响

(1)变形速率对锻件损伤值的影响。。。。。在铸造温度为1000°C,总变形量为50%的铸造工艺参数下，，，，，划分剖析了变形速率为0.2、2、20、200mm/s时锻件的损伤值。。。。。差别变形速率下TC4钛合金损伤值云图如图2所示。。。。。差别变形速率下TC4的最大损伤值如图3所示。。。。。从图2、3可以看出，，，，，在变形速率为0.2mm/s时,TC4钛合金锻件的损伤值漫衍较量匀称，，，，，且最大值为0.0524；；；；；；；；变形速率为2mm/s时,TC4钛合金锻件最大损失值为1.43；；；；；；；；变形速率为20mm/s,TC4钛合金锻件的损伤值基天职布在两侧变形较大部分，，，，，且损伤值最大为1.17；；；；；；；；变形速率为200mm/s,TC4钛合金锻件的损伤值漫衍情形在两侧变形较大位置，，，，，且最大值为0.652。。。。。

在变形速率0.2?2mm/s时，，，，，随着变形速率的增添,TC4钛合金锻件的损伤值快速增添，，，，，且在变形速率为2mm/s时锻件的损伤值最大。。。。。变形速率在2~200mm/s时,TC4钛合金锻件的最大损伤值而降低。。。。。因此，，，，，在温度和变形量一定的情形下，，，，，变形速率在一定规模内低于或者高于2mm/s都有助于减小锻件损伤值，，，，，有助于避免锻件岀现开裂征象的同时提高锻件的质量。。。。。

(2) 变形温度对锻件损伤值的影响。。。。。现实铸造时的攻击速率与数值模拟效果相团结，，，，，选择铸造历程中的变形速率为200mm/s,变形量为50%,作为初始条件，，，，，剖析差别温度对TC4钛合金锻件损伤最大值的影响，，，，，如图4所示。。。。？？？？？梢钥闯，，，，，随着铸造温度的增添最大损伤值在逐渐减小，，，，，并且在925 °C时取得最大值。。。。。在变形速率、变形量相同下，，，，，提高铸造变形温度有助于降低TC4钛合金锻件在铸造历程中的损伤值,减小铸造历程中锻件泛起裂纹征象，，，，，从而提高锻件成形品质量。。。。。

(3) 变形量对锻件损伤值的影响。。。。。当铸造温度为1000 °C、变形速率为200mm/s时剖析了变形量为30%、40%、50%、60%、70%的锻件最大损伤值。。。。。差别变形量对TC4钛合金锻件损伤值的影响如图5所示。。。。。从图中可以看出，，，，，TC4钛合金锻件最大损伤值随着变形量的增添而增添，，，，，由于锻件经由加热和高温保温后金属之间的流动性增强，，，，，在受到外力作用时，，，，，金属变形向双方流动，，，，，但鼓肚征象不显着，，，，，随着变形量的增添，，，，，鼓肚征象愈加显着，，，，，锻件所遭受的变形抗力也逐渐增添。。。。。为了避免在铸造历程中损伤值较大，，，，，锻件开裂征象的爆发,在其他条件相同的情形下只管接纳小变形铸造。。。。。

2.2基于正交试验的TC4钛合金工艺参数优化

正交试验是基于最优理论要领对多因素问题举行寻优的一种要领，，，，，有以下几种特征:①使用方差剖析法，，，，，获得各因素对影响目的的孝顺率，，，，，使用极差剖析对方差剖析的效果举行磨练,提高数据的可靠性;②对试验中各因素有无交互作用举行确定；；；；；；；；③通过正交试验中的模拟数据，，，，，获得因素水平组合的盘算效果。。。。。

通过正交试验法将锻件在差别铸造工艺参数下模拟获得的最大损伤值举行优化，，，，，团结方差剖析和极差剖析确定变形温度、变形速率及变形量对锻件质量影响的显著水平，，，，，并通过方差剖析差别铸造工艺参数对锻件指标的影响的显著水平和孝顺率，，，，，最终获得较优的铸造工艺参数组，，，，，为TC4钛合金锻件现实铸造工艺参数的选取提供依据。。。。。

(1)钛合金锻件影响因素的展望模子。。。。。在铸造变形的历程中，，，，，影响TC4钛合金锻件损伤值的主要铸造工艺参数是变形温度、变形速率和变形量。。。。。铸造工艺参数及水平如表1所示，，，，，批注正交试验法中主要影响因素是变形温度、变形速率和变形量，，，，，并且每个影响因素设置5个差别的参数水平。。。。。

在正交试验法中，，，，，不思量铸造工艺参数之间的交互作用，，，，，选择厶25(56)的正交试验表，，，，，数值模拟剖析TC4钛合金铸造历程中差别铸造工艺参数对锻件质量的影响，，，，，并以锻件的损伤值作为试验的指标,详细的正交试验计划如表2所示。。。。。

(2) 极差剖析。。。。。正交试验法中差别铸造工艺参数在差别水平组合下锻件最大损伤值的影响举行极差剖析，，，，，如表3所示。。。。。从表3中比照变形温度、变形速率、变形量所对应的极差值R,得出铸造工艺参数对TC4钛合金锻件损伤值的影响水平，，，，，其中，，，，，变形速率〉变形量〉变形温度。。。。。团结铸造试验中铸造温度对TC4钛合金力学性能的影响，，，，，获得铸造温度为925 °C时,TC4钛合金的损伤值最小，，，，，综合思量现实铸造历程中锻件的性能与正交优化的效果相团结获得较优的工艺参数组为：变形温度925 °C,变形速率1000mm/s,变形量 70%。。。。。

(3) 方差剖析。。。。。方差剖析法是剖析影响因素显著性水平的要领。。。。。为进一步确定工艺参数对TC4钛合金锻件性能的显著性影响，，，，，可以通过方差对正交试验数据举行剖析,并得出TC4钛合金锻件损伤值的显著性如表4所示。。。。？？？？？梢钥闯鲋毂湫卫讨旃ひ詹问斜湫嗡俾识远图质量的影响孝顺率最大,进一步确定了变形速率是确定锻件性能的要害。。。。。

3、结论

(1) 在变形温度1000 °C和变形量50%时，，，，，变形速率低于或者高于2mm/s都有助于减小锻件损伤值，，，，，提高锻件质量。。。。。

(2) 在变形温度925 °C ,变形速率1000 mm/s,变形量70%时锻件质量优异。。。。。

(3) TC4钛合金锻件铸造变形历程中各个铸造工艺参数对锻件最大损伤的影响依次为变形速率＞变形量〉变形温度。。。。。

参考文献：

[1] Garretson 1 C, Leong S. Terminology to supportmanufacturing process characterization and assessment forsustainable production [J]. Journal of Cleaner Production,2016,139:986-1000.

[2] 中国锻压协会.铸造加热与热处置惩罚及节能环保[M].北京：国防工业出书社,2010.

[3] 陈鑫.TC4合金大规格棒材铸造工艺研究[JJ.特钢手艺，，，，，2012,18(4):43-46.

[4] 吴傲宗，，，，，尹松森，，，，，陈博.双金属堆焊工艺在铸造模具修复中的应用[J].金属加工(热加工)，，，，，2014(10)：84?85.

[5] 管殖.铸造成形历程微观组织优化设计要领研究[D].济南：山东大学,2008.

[6] 李斌，，，，，王克鲁，，，，，鲁世强，，，，，等.TC4钛合金环件径轴向轧制数值模拟[J].热加工工艺,2011,40(1):92-96.

[7] 李治华，，，，，牛昌安，，，，，佗劲红，，，，，等.使用圆环徹粗与有限元法测定TC4钛合金高温变形的摩擦系数[JJ.细密成形工程,2013,5(2):11-15.