| 题名 | NiTi基合金热加工基础及管件高速热成形工艺研究 |
| 作者 | 张伟红 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2006-06-15 |
| 授予单位 | 中国科学院金属研究所 |
| 授予地点 | 金属研究所 |
| 导师 | 张士宏 |
| 关键词 | NiTi及NiTiNb合金 高温本构方程 热加工图 高速率挤压 数值分析 组合拉拔 |
| 学位专业 | 材料加工工程 |
| 中文摘要 | NiTi及NiTiNb合金管件产品（如管接头、封隔器、医用支架、导管等）广泛用于航空航天、制造工程和生物医疗领域。同其它材料的同类产品相比，NiTi及NiTiNb合金管件具有操作简单、安全可靠等显著优点，为各领域专家和学者所关注。但是这两种合金管材加工成形性能较差，产品的价格一直居高不下。 本文在对NiTi及NiTiNb合金的热变形行为进行系统研究的基础上，结合管材挤压工艺特点，开展了采用高速率热挤压法成形中等壁厚管材的实验研究，并进行了相关内容的有限元模拟研究，主要包括下列几方面的内容： 设计了NiTi及NiTiNb合金的高温热模拟压缩试验，对平均应变速率误差、摩擦和温度对应力的影响进行了修正，得到了NiTi及NiTiNb合金在高温下准确的真应力－真应变曲线。随着应变速率的提高和温度的降低，峰值应力增加，但坯料升温显著，应力软化明显。对于管材挤压，采用低温快速成形，有利于减少坯料温度的降低和芯棒温度的升高，从而减少变形抗力增加和挤压芯棒断裂，提高成形性。基于上述结果，提出管坯的高速率成形方法。 采用Jonas双曲正弦函数模型，对修正后的真应力－真应变曲线进行回归，建立了NiTi及NiTiNb合金的高温变形的本构方程。采用该方程计算结果和实验结果吻合较好，验证了方程的有效性，为NiTi及NiTiNb合金高速率热成形过程的有限元模拟提供了精确的材料模型。 研究了NiTi及NiTiNb合金的热加工性。基于动态材料模型DMM(Dynamic Material Modeling)，采用Prasad塑性失稳准则计算塑性失稳区域，得到两种合金的热加工图。当变形大于60％时，对于NiTi和NiTiNb合金，低温高速率区域和高温低速率区域均为成形的稳定区域，这为高速率挤压方法提供了有利的依据。 利用DEFORM2D有限元软件对NiTiNb合金管件高速率正挤压及NiTi合金杯形件的高速率热反挤压过程进行模拟分析。采用正交试验设计的方法研究了坯料加热温度、挤压速度、摩擦条件、模具形状和尺寸对单位挤压力、挤压金属流动和挤压过程变形热效应、摩擦热效应的影响。预测了NiTiNb合金管件和NiTi合金杯形件高速率挤压可行的工艺参数，给出了高速率热挤压过程的特点，为工艺实验方案的确定提供了参考。 确定了NiTi及NiTiNb合金管坯正挤压模具结构，对500mm/s高速率热条件下中等壁厚NiTi及NiTiNb合金管坯的热挤压工艺进行了实验研究。成功制得外径30mm，壁厚7mm的NiTi及NiTiNb合金管坯。通过对挤压管进行无损检测和组织性能分析，确定了合理的挤压工艺。同挤压前相比，挤压后合金组织明显细化、相变点略有降低、强度和塑性提高，其性能满足使用要求。 分析了NiTi合金杯形件的高速率热反挤压成形工艺。设计了相应的模具，分析了坯料高度对成形的影响和挤压过程温度变化情况。热挤压后的NiTi合金力学性能满足使用要求。 研究了采用可变形芯棒进行NiTi合金管件的组合拉拔工艺。结合有限元的方法，分析了可变形芯棒、拉拔速度、原始管坯壁厚对管成形的影响。采用可变形芯棒，拉拔力可降低一半以上；可变形芯棒与管坯为同种材料时，其变形同步进行。在上述研究基础上，设计拉拔模具和工艺参数，成功制得外径14mm，壁厚为2mm的内外表面质量较好的NiTi合金管材。 本文研究了Φ30mm以下NiTi及NiTiNb合金中等壁厚管件的热塑性成形方法，对于降低NiTi及NiTiNb合金管件生产成本、扩大合金在多领域内的应用具有极为重要的意义。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-10 |
| 页码 | 140 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.imr.ac.cn/handle/321006/16911]  |
| 专题 | 金属研究所_中国科学院金属研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张伟红. NiTi基合金热加工基础及管件高速热成形工艺研究[D]. 金属研究所. 中国科学院金属研究所. 2006. |
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