(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 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111357923.9 (22)申请日 2021.11.16 (71)申请人 北京科技大 学 地址 100083 北京市海淀区学院路3 0号 申请人 北京科技大 学顺德研究生院 (72)发明人 李洪波　梁培　张杰　孔宁　 (74)专利代理 机构 北京市广友专利事务所有限 责任公司 1 1237 代理人 张仲波　于春晓 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G01N 33/20(2019.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种近α型钛合金热塑性大变形过程中的 织构预测方法 (57)摘要 本发明提供一种近α型钛合金热塑性大变 形过程中的织构预测方法， 属于塑性成形技术领 域。 该方法首先利用单轴等 温恒应变速率热模拟 拉伸/压缩试验、 电子背散射衍射技术、 光学显微 镜， 获得近α型钛合金的应力 ‑应变数据、 热模拟 大变形前后织构的Bunge  Euler角度及α、 β相 体积分数； 再通过数值推导和后处理获得近α型 钛合金热塑性大变形过程中速度梯度张量值、 时 间增量； 最后结合应力 ‑应变数据与热模拟大变 形前后织构的Bunge  Euler角度， 确定与优化机 械阈值应力硬化 法则的参数， 建立AB AQUS‑VPSC‑ MTS多尺度模型。 该模型可预测近α型钛合金在 大变形过程中的织构， 能分析变形过程中的塑性 变形机制、 宏观力学行为及织构演化规律， 有助 于实现塑性加工产品形 ‑性一体化的目的。 权利要求书7页 说明书17页 附图7页 CN 114169189 A 2022.03.11 CN 114169189 A 1.一种近α型钛合金热塑性大变形过程中的织构预测方法， 其特征在于， 包括步骤如 下： S1： 使用光学显微镜获得近α 型钛合金材料在不同温度下的金相组织图片， 通过ImageJ 软件的数字图像处理功能定量分析得到近α 型钛合金中α、 β 相体积分数， 利用线性插值法获 得温度区间内任一温度下近α 型钛 合金中α 、 β 相体积分数； S2： 根据近α型钛合金材料在热塑性大变形时处于的应力状态完成单轴等温恒应变速 率热模拟试验， 应力状态为拉应力时完成单轴等温恒应变速率热模拟拉伸试验， 应力状态 为压应力时完成单轴等温恒应变速率热模拟压缩试验， 获得钛合金材料在不同温度、 不同 应变速率下的应力 ‑应变数据； S3： 选取S2中任意一个已完成热模拟试验 的试样， 利用电子背散射衍射技术EBSD获得 试样的图像数据， 使用MATLAB/MTEX工具箱进 行数据处理， 获得试样在热塑性大变形后织构 的Bunge Euler角度； S4： 取和S3中相同但未进行热模拟实验 的试样， 利用电子背散射衍射技术EBSD获得试 样在热塑性变形前的图像数据， 使用MATLAB/MTEX工具箱进行数据处理， 获得试样在热塑性 大变形前初始织构的Bunge  Euler角度； S5： 根据S2中获得的应力 ‑应变数据， 利用MATLAB确定近α型钛合金材料的Johnson ‑ Cook本构方程中的5个参数； S6： 通过用户子程序接口VUMAT将S5的Johnson ‑Cook本构方程嵌入ABAQUS有限元软件 中， 通过数值推导与编程完成位移梯度张量向速度梯度张量的转换， 将速度梯度张量值存 储在用户子程序接口VUMAT的状态变量中， 建立Johnso n‑Cook子程序； S7： 根据S3中观测试样在热塑性大变形过程中的几何形状、 边界条件、 载荷情况， 采用 S5确定的近α型钛合金材料的Johnson ‑Cook本构方程参数及S6建立的Johnson ‑Cook子程 序， 在ABAQUS有限元软件中建立动力显式仿真分析模 型， 利用后处理， 获得特征区域内任意 一点的速度梯度张量值和时间增量； 其中， 特征区域为S3中电子背散射衍射技术EBSD观测 位置； S8： 利用MATLAB/MTEX软件， 使用随机织构Bunge  Euler角度、 单调速度梯度、 近α 型钛合 金在S2中热模拟试验的温度、 在此温度下由S1观测结果计算得到的α、 β 相体积分数、 S4中热 塑性大变形前初始 织构的Bunge  Euler角度、 S7中得到的速度梯度张量值和时间增量数据， 以S2中的应力 ‑应变数据、 S3中的热塑性大变形后织构的Bunge  Euler角度为目标， 基于粘 塑性自洽模型VP SC数值计算 程序， 确定 机械阈值应力MTS硬化法则中的19个参数； S9： 使用S8确定的机械阈值应力MTS硬化法则参数和S6建立的Johnson ‑Cook子程序， 结 合粘塑性自洽模型VP SC数值计算 程序， 建立ABAQUS ‑VPSC‑MTS多尺度模型； S10： 根据近α型钛合金在不同的热塑性大变形过程的几何形状、 边界条件、 载荷情况， 使用S6建立的Johnson ‑Cook子程序， 在ABAQUS有限元软件 中建立动力显式仿真分析模型， 通过后处理得到的有限元模型内任意一点的速度梯度张量值和时间增量、 近α 型钛合金未 发生塑性变形前初始织构的Bunge  Euler角度、 变形温度、 α与β相体积分数， 作为S9中 ABAQUS‑VPSC‑MTS多尺度模 型输入， 进行近α 型钛合金在不同热塑性大变形过程中的织构预 测。 2.根据权利要求1所述的近α 型钛合金热塑性大变形过程中的织构预测方法， 其特征在权　利　要　求　书 1/7 页 2 CN 114169189 A 2于， 所述S1中使用光学显微镜获得近α 型钛合金材料在不同温度下 的金相组织图片的具体 步骤如下： S11： 在室温25℃到近α 型钛合金材料的相变 温度Tα→β的温度区间中， 按150℃～200℃的 间隔确定金相组织观测温度； S12： 使用箱式电阻炉将观测试样加热到S11确定 的金相组织观测温度后， 保温10min， 随后将试样迅速取 出并置于冷水中水淬， 待完全冷却后， 从水中取 出； S13： 将S12中试样表面氧化层完全去除， 制成金相试样， 利用光学显微镜获得金相组织 图片。 3.根据权利要求1所述的近α 型钛合金热塑性大变形过程中的织构预测方法， 其特征在 于， 所述S1中利用线性插值法获得温度区间内任一 温度下近α 型钛合金中α、 β 相体积分数具 体计算过程如下： 当T＜Tα→β时： 其中， Tα→β为近α型钛合金材料的相变温度； T1、 T2为S11中相邻的两个金相组织观测温 度； T表示在区间[T1,T2]内的任一研究温度， 其 中T＜Tα→β； Vα T、 Vβ T分别表示温度T时α相体积 分数和β 相体积分数； 分别表示温度T1、 T2时α相体积分数； 当T≥Tα→β时： Vα T＝0， Vβ T＝1                        (2) 其中， Vα T、 Vβ T分别表示温度T时α相体积分数和β 相体积分数。 4.根据权利要求1所述的近α 型钛合金热塑性大变形过程中的织构预测方法， 其特征在 于， 所述S2中获得钛合金材料在不同温度、 不同应变速率下的应力 ‑应变数据的具体步骤如 下： S21： 试验温度范围为室温25℃到Tα→β+300℃， 按100℃～150℃的温度间隔进行应变速 率分别为0.01s‑1、 0.1s‑1、 1s‑1、 10s‑1的单轴等温恒应 变速率热模拟试验； S22： 单轴等温恒应变速率热模拟试验结束后， 将试样迅速取出并置于冷水中水淬， 待 完全冷却后， 从水中取 出作为S3中电子背散射 衍射技术EBSD观测试样。 5.根据权利要求1所述的近α 型钛合金热塑性大变形过程中的织构预测方法， 其特征在 于， 所述S4中利用电子背散射衍射技术EBSD获得S3中观测试样在热塑性变形前的图像数据 具体步骤如下： S41： 取一近α型钛合金试样， 使用箱式电阻炉将观测试样加热到S3中观测试样的温度 后， 保温10mi n； S42： 将试样迅速取出并置于冷水中水淬， 待完全冷却后， 从水中取出， 制成EBSD试样并 观测， 获取图像数据。 6.根据权利要求1所述的近α 型钛合金热塑性大变形过程中的织构预测方法， 其特征在 于， 所述S5中利用MATLAB确定近α 型钛合金材料的Johnson ‑Cook本构方程中的5个参数具体 步骤如下：权　利　要　求　书 2/7 页 3 CN 114169189 A 3