心處向內鉆一個深為160mm的孔，直徑取為ΦΙΟπιπι，如圖1所示。為了最大程度地真實反映棒料心部在加熱過程中的升溫過程，必須減小鉆孔對加熱試驗中棒料心部溫度的影響?；谝陨峡紤]，將保溫棉2塞入熱電偶導線與孔壁的縫隙中，以隔絕棒料心部與外界空氣的熱交換。為了測得棒料表面溫度，將另一熱電偶1附于棒料外壁，用焊接固定。兩條熱電偶1的另一端均與溫度顯示面板3連接。以上工作完成后，將棒料置于已經加熱至920°C的熱處理爐中。爐門關閉后開始棒料表面和心部溫度的讀取采集工作，每隔2分鐘采集一次，直到兩點溫度均達到920°C，此時，棒料熱透。
[0027]步驟2，確定TC17鈦合金換熱系數:得到TC17鈦合金棒料心部和表面的升溫曲線之后，開始進行TC17鈦合金最優(yōu)換熱系數的確定工作，該項工作基于Deform 3D仿真軟件中的heat treatment模塊完成。具體流程為:
[0028]I模型導入。首先把在Pro/E中建好的Φ300πιπιΧ 320mm棒料三維模型導入Deform3D前處理模塊。研究對象設置為剛體，初始溫度為室溫20°C。隨后對棒料三維模型劃分網格，單元劃分為100000個；
[0029]Π TC17鈦合金熱物理參數的導入。依據ASM出版的鈦合金材料性能手冊Materials Properties Handbook，將TC17鈦合金不同溫度下的熱導率、比熱容分別錄入Deform 3D材料庫。將棒料三維模型定義為TC17鈦合金之后保存DB數據文件，退出前處理；
[0030]ΙΠ傳熱設置。打開Deform 3D中的heat treatment模塊，把所述DB數據文件導入。定義棒料上下端面和側面為傳熱界面，定義環(huán)境溫度為920°C;
[0031]IV最優(yōu)換熱系數的確定。在確定最優(yōu)換熱系數時，首先確定一組初始的換熱系數，初始的換熱系數的數量為6?10個。本發(fā)明取為0.08N/S/mm/°C、0.13N/S/mm/°C、0.18N/S/mm/°C、0.23N/s/mm/°C、0.28N/s/mm/°C、0.33N/s/mm/°C、0.38N/s/mm/°C、0.43N/s/mm/°Co將以上8個換熱系數分別導入模型中計算，將各換熱系數條件下TC17鈦合金棒料表面及心部的升溫曲線提取出來后與實測值進行對比，最吻合的模型所對應的換熱系數即為TC17鈦合金最優(yōu)的換熱系數。圖2所示曲線4和曲線5分別為TC17鈦合金棒料表面在換熱系數為
0.13N/s/mm/°C時模擬與實測升溫曲線對比。圖2所示曲線6和曲線7分別為TC17鈦合金棒料心部在換熱系數為0.13N/s/mm/°C時模擬與實測升溫曲線對比。發(fā)現該換熱系數下，模擬與實測升溫曲線較吻合。因此0.13N/s/mm/°C為TC17鈦合金在熱處理爐內的最優(yōu)換熱系數。
[0032]步驟3，確定TC17鈦合金坯料加熱時間:得到TC17鈦合金的升溫換熱系數之后，進行該合金還料加熱時間的確定。將外徑為Φ 630mm，內徑為Φ 220mm，高度為230mm的還料三維模型導入Deform 3D中，重復步驟I至步驟ΙΠ所述的模型設置工作，然后將前期所確定的最優(yōu)換熱系數0.13N/s/mm/°C導入。設置完成后進行模型計算。計算完成后提取坯料表面及心部的升溫曲線，將兩部位溫度都達到目標溫度時所對應的時間作為實際加熱時間。圖3所示曲線8和曲線9分別為TC17鈦合金坯料表面和心部在換熱系數為0.13N/s/mm/°C時的模擬升溫曲線。根據圖3曲線可知，要將該坯料升溫到920°C，需要的加熱時間為210min。
[0033]本發(fā)明的效果在于:利用本發(fā)明，建立了一種確定TC17鈦合金坯料在熱處理爐內加熱時間的方法，能夠獲得TC17鈦合金坯料各部位在熱處理爐內實現均勻熱透的加熱時間，從而指導了生產，實現了工程與理論相結合。
【主權項】
1.一種確定TC17鈦合金坯料在熱處理爐內加熱時間的方法，其特征在于，具體步驟是: 步驟1，TC17鈦合金棒料的準備:從棒料端面圓心處向內鉆一個導線盲孔;將一個熱電偶裝入所述導線盲孔中，并用保溫棉將所述熱電偶導線與孔壁間的縫隙封堵;將另一熱電偶固定在棒料外壁任意位置;兩個熱電偶分別通過導線與溫度顯示面板連接； 步驟2，TC17鈦合金棒料的加熱試驗:將棒料置于已加熱至920°C的熱處理爐中；采集棒料表面和心部的溫度，采集頻率為每2min采集一次，直到所述棒料表面和心部的溫度均達至|J920°C;得到棒料心部和表面的升溫曲線； 步驟3，確定TC17鈦合金最優(yōu)換熱系數:根據得到的TC17鈦合金棒料心部和表面的升溫曲線進行該合金最優(yōu)換熱系數的確定工作，該項工作基于Deform 3D仿真軟件中的heattreatment模塊完成;具體流程為: I模型導入;通過Pro/E建立棒料的三維模型；將所述棒料的三維模型導入Deform3D前處理模塊;研究對象設置為剛體，初始溫度為20°C ；按常規(guī)方法對棒料三維模型劃分網格，單元劃分為100000個； IITC17鈦合金熱物理參數的導入;依據鈦合金材料性能手冊，將TC17鈦合金在不同溫度下的熱導率、比熱容分別錄入Deform 3D前處理模塊的材料庫；將棒料三維模型定義為TC17鈦合金并保存DB數據文件，退出前處理； ΙΠ傳熱設置；打開Deform 3D中的heat treatment模塊，將DB數據文件導入；定義棒料的上端面、下端面和側面為傳熱界面，定義環(huán)境溫度為920°C; IV最優(yōu)換熱系數的確定;在確定最優(yōu)換熱系數時，首先確定一組初始的換熱系數;將確定的初始換熱系數分別導入DB數據文件中計算，將各換熱系數條件下棒料表面及心部的升溫曲線提取出來后與實測值進行對比，最吻合的模型所對應的換熱系數即為最優(yōu)的換熱系數； 步驟4，確定T C17鈦合金坯料加熱時間:得到T C17鈦合金的最優(yōu)換熱系數之后，通過Deform 3D軟件確定TC17鈦合金坯料的加熱時間；將TC17鈦合金坯料三維模型導入Deform3D中，重復步驟I至步驟m所述的模型設置工作;將步驟IV中所確定的最優(yōu)換熱系數導入；設置完成后通過Deform 3D計算，得到TC17鈦合金坯料表面及心部的升溫曲線，將所述TC17鈦合金坯料表面及心部的溫度都達到目標溫度時所對應的時間作為實際加熱時間。2.如權利要求1所述確定TC17鈦合金坯料在熱處理爐內加熱時間的方法，其特征在于，所述的一組初始的換熱系數的數量為6?10個。
【專利摘要】一種確定TC17鈦合金坯料在熱處理爐內加熱時間的方法，基于TC17鈦合金棒料加熱試驗以及Deform仿真軟件的傳熱學分析，建立起確定TC17鈦合金坯料在熱處理爐內加熱時間的方法。本發(fā)明應用于精確控制TC17鈦合金坯料β鍛或β處理前加熱時間，在實現TC17鈦合金坯料均勻熱透的同時避免過長時間加熱造成的組織粗化，從而保證最終組織滿足要求。在實際生產中使用該加熱時間，能在實現TC17鈦合金坯料均勻熱透的同時避免過長時間加熱造成的組織粗化。本發(fā)明中的各TC17鈦合金坯料可為任意狀態(tài)和任意形狀。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105468875
【申請?zhí)枴緾N201510995923
【發(fā)明人】冀勝利, 曾衛(wèi)東, 石曉輝, 張賽飛
【申請人】西北工業(yè)大學
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月28日