（19）中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10）申请公布号CN105677949A (43)申请公布日2016.06.15 (21)申请号201511019036.5 (22)申请日2015.12.29 (71)申请人西北工业大学 地址710072陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人李淼泉林海熊爱明 (74)专利代理机构西北工业大学专利中心 61204 代理人王鲜凯 (51) Int. CI. G06F 17/50(2006. 01) 权利要求书2页 说明书8页 (54）发明名称 TC6钛合金锻件微观组织参数的预测方法 (57）摘要 本发明公开了一种TC6钛合金锻件微观组织 参数的预测方法，用于解决现有锻件微观组织参 数的预测方法实用性差的技术问题。技术方案是 该方法首先确定TC6钛合金的锻造变形温度、应 变速率和应变的9个隶属函数和27条模糊规则， 再建立TC6钛合金初生α相晶粒尺寸和体积分 数的数学模型：采用TC6钛合金高温压缩变形实 验数据，优选出模糊规则权系数和权值，然后代入 TC6钛合金初生α相晶粒尺寸和体积分数的数学 模型，得到TC6钛合金锻件初生α相晶粒尺寸和 体积分数的预测模型。本发明方法预测的TC6钛 合金锻件初生α相晶粒尺寸和体积分数的测试 样本结果与实验结果之间的最大误差小于5%， 具有较高的准确性，且实用性强。 A 105677949 3 权利要求书 CN 105677949 A 1/2页 1.一种TC6钛合金锻件微观组织参数的预测方法，其特征在于包括以下步骤； 上进行高温压缩变形实验，在压缩变形实验前保温，压缩变形时采用高温润滑剂保护，以防 止TC6钛合金氧化； 步骤二、对步骤一得到的TC6钛合金热模拟压缩变形试样进行定量金相分析，得到TC6 钛合金初生α相在不同锻造变形条件下的晶粒尺寸和体积分数； 步骤三、对TC6钛合金的锻造变形温度T、应变速率和应变ε进行归一化处理；其中，变 形温度T的单位是K，应变速率的单位是s-1； 步骤四、将TC6钛合金的锻造变形温度T、应变速率和应变ε设为输入变量，上述三个输 入变量划分为大、中、小三个子集，表示为{LA，MI，SM)，晶粒尺寸da或体积分数fa设为输出函 数值；其中，晶粒尺寸da的单位是um，体积分数fa的单位是%； 步骤五、确定TC6钛合金的锻造变形温度T、应变速率ε和应变ε在三个子集的隶属函数 分别为， 1 T>T, [-(T -T,) 对于锻造变形温度：LA(T) (1a) T≤T, Br [-(T -(T + Ts) / 2) MI,(T)= exp (1b) Br, 1 T<Ts SM,(T)= -(T -T,) (1c) T ≥Ts Br 1g<3 [-(c-,) 对于应变速率：LA()= (2a) Be -(e-(f +85) /2) MI,(ε)=exp (2b) Be 1 6<8s SM2()= -(6-6,) (2c) ≥8s B: 1 13<3 对于应变：LA() -(-8) (3a) B. 2 权利要求书 CN105677949A 2/2页 -(ε-(cr +8s) / 2) MI,(c)=exp (3b) 8<8s SM,(c)= -(8-85) (3c); 8≥8s 式中,B;为隶属函数的方差，TL、Ts分别为绝对锻造变形温度的最大值、最小值，、&s 分别为应变速率的最大值、最小值，&L、&s分别为应变的最大值、最小值； 步骤六、确定TC6钛合金的锻造变形温度T、应变速率和应变ε的模糊规则为， 模糊规则i：如果T是LA，ε是LA，&是LA， 则，输出函数值y=p+pT+p+p, (4a) 模糊规则权值W=(T)A()A( (4b) 式中，w为第i条模糊规则的权值，po、pi、p、p为第i条模糊规则的权系数，Λ为模 糊算子的极小运算； 步骤七、建立TC6钛合金锻件初生α相晶粒尺寸或体积分数的预测模型为， Z[(μ(T)Aμ(c)A(s)(po + piT + pe + pe) da或f。=- (5) [μ(T)A()A()] 式中，m为模糊规则数，根据模糊区域划分，m=33； 步骤八、从TC6钛合金热模拟压缩变形和定量金相实验中获得的锻造变形温度、应变速 率、应变、晶粒尺寸、体积分数组合中选取多组数据组合为教师样本；采用教师样本对预测 模型式（5）进行训练，当晶粒尺寸或体积分数的累计误差小于2%时，确定模糊规则的权系 数p、pi、p,和p,和模糊规则的权值wi;将确定的模糊规则权系数和模糊规则权值代入式 （5），即为TC6钛合金锻件初生α相晶粒尺寸或体积分数的预测模型。 3 说明书 CN 105677949 A 1/8页 TC6钛合金锻件微观组织参数的预测方法 技术领域 [0001］本发明涉及一种锻件微观组织参数的预测方法，特别是涉及一种TC6钛合金锻件 微观组织参数的预测方法。 背景技术 [0002]］在钛合金锻造变形技术领域，在确保锻件形状和尺寸精度的同时，更加注重锻件 的力学性能。锻件力学性能直接由锻件的微观组织决定。因此，在不改变材料成分的前提 下，通过优化工艺参数合理有效地控制锻造工艺，可以获得满足设计要求的微观组织与力 学性能。特别是，钛合金代表的难变形金属材料一般用于制造关键锻件，需要通过获得好的 微观组织保证其锻件的力学性能。 [0003］文献1“锻造成形微观组织优化建模及应用[J]，王广春，管婧，赵国群，塑性工程学 报，2005，5：49一53”公开了一种以晶粒分布均匀性和细小化为目标，采用钢的微观组织模 模型，但是Yada模型仅适合于普通碳素钢锻件奥氏体晶粒尺寸的计算。 微观组织预测方法。该方法由输入模块、计算模块和输出模块组成，其中计算模块包括高温 8相体积分数计算模块、氮化物Cr2N在中温阶段等温处理时的晶界开始析出时间计算模块 于含氮奥氏体钢在热处理条件下的微观组织参数计算，也不能预测含氮奥氏体钢在锻造变 形条件下的微观组织参数。 [0005]］钛合金与钢、铝合金、铜合金、镁合金等材料有截然不同的微观组织，并且钛合金 同时，预测钛合金锻造变形时微观组织参数的难度特别大。因此，预测钛合金锻件锻造变形 时的微观组织参数是一项国际性难题。对α+β型钛合金进行锻造变形时，初生α相的晶粒尺 寸和体积分数是决定其锻件力学性能的基本因素。因此，确定钛合金初生α相晶粒尺寸和体 积分数是其锻造工艺优化设计的基本前提。 发明内容 [0006]为了克服现有锻件微观组织参数的预测方法实用性差的不足，本发明提供一种 分数的数学模型；采用TC6钛合金高温压缩变形实验数据，优选出模糊规则权系数和权值， 然后代入TC6钛合金初生α相晶粒尺寸和体积分数的数学模型，得到TC6钛合金锻件初生αa相 晶粒尺寸和体积分数的预测模型。本发明预测的TC6钛合金锻件初生α相晶粒尺寸和体积分 数的测试样本结果与实验结果之间的最大误差小于5%，表明本发明所提供的TC6钛合金锻 4 说明书 CN 105677949 A 2/8页 选出合适的锻造变形工艺，节省大量的人力和物力。 [0007］本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种TC6钛合金锻件微观组织参数 的预测方法，其特点是包括以下步骤： [0008］步骤一、采用机械加工方法将TC6钛合金棒材加工成热模拟压缩试样，在热模拟试 验机上进行高温压缩变形实验，在压缩变形实验前保温，压缩变形时采用高温润滑剂保护， 以防止TC6钛合金氧化； [0009] 步骤二、对步骤一得到的TC6钛合金热模拟压缩变形试样进行定量金相分析，得到 TC6钛合金初生α相在不同锻造变形条件下的晶粒尺寸和体积分数； [0010］步骤三、对TC6钛合金的锻造变形温度T、应变速率ε和应变ε进行归一化处理；其 中,变形温度T的单位是K，应变速率的单位是s-1。 [0011]步骤四、将TC6钛合金的锻造变形温度T、应变速率和应变ε设为输入变量，上述三 个输入变量划分为大、中、小三个子集，表示为{LA，MI，SM)，晶粒尺寸da或体积分数fa设为输 出函数值；其中，晶粒尺寸da的单位是um，体积分数fa的单位是%； [0012] 步骤五、确定TC6钛合金的锻造变形温度T、应变速率和应变ε在三个子集的隶属 函数分别为， T>T, [0013] 对于锻造变形温度:LA(T)= -(T -T,) (1a) T≤T, Br -(T -(T +T,)/ 2) [0014] MI,(T)= exp (1b) Br, T<Ts [0015] SM,(T) = -(T -T,)~ (1c) T≥Ts Br 1 13<? [0016] 对于应变速率：LA()= [-(e-e,) (2a) B: [-(α-(e +6s) /2) [0017] MI,()=exp (2b) Be 6<es [0018] SM2(e)= -(e-ε,)" (2c) ≥8s B 1 对于应变:LA(e)= -(ε-&,) 73<3 [0019] (3a) 13≤3 B 5 说明书 CN 105677949 A 3/8页 -(8-(81 +8s)/2) [0020] MI,()=exp (3b) Be 8<8s [0021] SM,()= -(α-8s)2 (3c); 8≥8s Bs [0022] 式中,B;为隶属函数的方差，TL、Ts分别为绝对锻造变形温度的最大值、最小值， &、&s分别为应变速率的最大值、最小值，&L、&s分别为应变的最大值、最小值。 [0023] 步骤六、确定TC6钛合金的锻造变形温度T、应变速率ε和应变ε的模糊规则为， [0024] 模糊规则i：如果T是