钛合金环件径轴向辗轧组织演变机制及形/性一体化调控

揭示钛合金环件径轴向辗轧热力变形微观组织演变机制，是实现高性能航空发动机钛合金环件形／性一体化调控与制造迫切需要解决的关键基础问题。采用数值模拟、试验与理论解析有机结合的方法，建立钛合金环件径轴向辗轧成形异步轧制、双向交替辗轧、热力耦合、多道次、非等温条件下微观组织演变模型及宏微观耦合本构关系；建立钛合金环件径轴向辗轧成形多场、多尺度、全过程宏微观耦合有限元仿真模型与方法；揭示不同几何、工艺、材料参数下钛合金环件径轴向辗轧成形微观组织演变规律与机制；建立基于形／性一体化调控的钛合金环件径轴向辗轧成形坯料、工艺一体化优化设计与过程稳健控制的理论、方法和技术。本研究对揭示钛合金环件径轴向辗轧组织演变规律与机制、发展难变形航空钛合金材料热力变形微观组织预测与控制的理论和方法、成形制造高性能航空发动机钛合金环件，具有重大的理论意义和工程应用价值，对突破航空发动机关键零部件制造技术将做出重要贡献。

钛合金环件径轴向辗轧组织演变机制及形/性一体化调控，是航空航天领域核心环类构件成形成性一体化制造迫切需要解决的关键科学问题。采用试验研究、理论解析和数值模拟三者融合的方法，以典型钛合金环件为研究对象，从点切入，逐渐拓展，系统深入研究了这一科学问题。主要取得五个方面的研究进展：.(1) 实验获得了TA15钛合金温升、变形、温降过程的组织演变规律，建立了相应过程基于内变量法的组织演变模型和基于轧辊反馈控制的环件双向辗轧宏微观预测有限元模型，揭示了TA15钛合金径轴向环轧全过程变形与组织演变规律与机理；.(2) 确定了TC4钛合金微观组织演变模型及本构关系，建立了航空发动机典型TC4钛合金锥形环件辗轧多尺度仿真模型，提出了锥形环轧制坯料和整圆曲线设计方法，阐明了TC4钛合金锥形环件辗轧过程变形与组织演变规律及形/性一体化调控方法；.(3) 开发了钛合金复杂带筋环件多工步辗轧成形工艺方案，提出了一种轴向局部辗轧成形的制坯方法，建立了钛合金复杂带筋环件多工步辗轧有限元模型，确定了影响TC4钛合金异形环辗轧材料充填行为的关键因素并揭示了其对型槽填充质量的影响规律；.(4) 提出了一种钛合金薄壁等厚异形环轧胀复合成形新工艺，建立了薄壁环件双向辗轧塑性失稳模型及轧胀复合成形毛坯设计方法，发明了基于薄壁环坯的等厚异形环胀形模具，模拟探明了TA15薄壁等厚异形环轧胀复合成形新工艺规律与机理；.(5) 提出了一种难变形材料(如钛合金、铸态材料)环件双向辗轧过程轧制曲线的确定方法，揭示了坯料尺寸和轧制曲线对轧环组织的影响规律，阐明了优选坯料和轧制曲线下轧环组织变化规律，确定了环件铸坯辗轧过程坯料应满足的初始组织条件。.本项目研究对揭示钛合金环件径轴向辗轧组织演变机制与规律、发展难变形钛合金材料热变形组织预测与控制的理论和方法、成形制造高性能航空发动机钛合金优质环件，形成融合基础材料、核心构件、先进工艺的局部加载成形智能工具与装备，为进一步发展高端构件成形成性一体化制造技术、提升我国高端制造的国际竞争力具有重要意义和价值。