NiTiNb形状记忆合金管材挤压型数值模拟及工艺研究

摘要

NiTiNb合金具有优良的抗腐蚀性能,良好的拉伸强度、疲劳强度、塑性成形性能和抗腐蚀性能等多种优异的综合性能,在众多领域得到广泛的应用,尤其是其优越的形状记忆性和生物兼容性在工程界和生物界都得到高度的重视。然而镍钛合金变形温度范围窄,塑性变形过程中温度下降过快,变形抗力大,流变性差,所以加工比较困难,加工费用较高,对于镍钛铌合金的制造加工及成型已经成为一种挑战。
　　本文以38Ti48Ni14Nb合金为研究对象,介绍了该合金的特点、应用,及包套挤压技术,并借助DEFORM有限元数值模拟技术,根据实验数据及经验,确定38Ti48Ni14Nb合金在包套挤压数值模拟过程中材料的应力、应变、应变速率与温度的关系,设计模型特征,选择挤压工艺参数,调整换热系数和摩擦系数。然后针对成形Φ40-5mm的管材进行包套热挤压数值模拟计算,着重分析在挤压过程中三个不同的阶段下管坯挤压力大小及变化趋势、等效应力、等效应变的分布规律,金属流动速度和温度的分布情况。
　　通过设计多组不同的挤压工艺参数对该材料进行挤压数值模拟,在其他参数不变的情况下,改变一个参数的数值,对比分析管坯加热温度、挤压速度、挤压比对挤压力、管坯出口温度,坯料的等效应力的变化规律的影响,总结出合理的NiTiNb合金包套挤压工艺参数范围。在这个挤压工艺参数范围内,对38Ti48Ni14Nb合金无包套挤压过程进行数值模拟计算,经过比较,进一步说明包套热挤压的优越性,为优化NiTiNb合金管材挤压工艺提供理论和技术上的支持。对NiTiNb合金管材挤压进行实验,验证包套挤压工艺的可行性。

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第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 NiTi基形状记忆合金的应用及加工特性

1.3 NiTi基形状记忆合金管材加工国内外研究和进展

1.4 热挤压及包套挤压技术

1.5 数值模拟的理论意义及实用价值

1.6 选题的意义及主要研究内容

第2章 NiTiNb合金高温材料力学模型的建立

2.1 引言

2.2 实验条件及实验方法

2.3 实验结果及分析

2.4 NiTiNb合金本构方程的建立及验证

2.5 本章小结

第3章 NiTiNb合金挤压有限元数值模拟模型的建立

3.1 引言

3.2 NiTiNb合金管材挤压成形方案的选择

3.3 挤压坯料的设计

3.4 挤压数值模拟几何模型的建立及网格的划分

3.5 挤压模拟工艺参数的选择

3.6 本章小结

第4章 NiTiNb合金包套挤压过程的数值模拟结果及分析

4.1 引言

4.2 NiTiNb合金包套挤压数值模拟过程描述

4.3 挤压工艺参数对NiTiNb合金包套挤压过程的影响

4.4 本章小结

第5章 NiTiNb合金无包套挤压数值模拟结果分析与包套挤压比较

5.1 引言

5.2 NiTiNb合金无包套热挤压数值模拟模型的建立

5.3 NiTiNb合金无包套热挤压模拟结果分析

5.4 本章小结

第6章 NiTiNb合金包套热挤压工艺实验

6.1 引言

6.2 实验材料及设备

6.3包套挤压实验

6.4 挤压实验结果与模拟结果对比

6.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致谢