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钛合金斜流叶轮是发动机的关键受力构件,对尺寸精度和组织性能要求很高。目前,我国该类零件主要由数控加工和化铣加工而成,材料利用率和生产效率很低,而且叶形内部流线由于机械加工而被切断,导致叶片性能大幅下降。因此,该类零件的制造技术已经远远落后于我国制造业发展的需求,成为制约我国航空航天发动机发展的瓶颈之一。本文采用物理模拟与数值模拟相结合的研究方法,将等温成形和闭塞式成形技术相复合,整体精密成形出尺寸精度和性能均符合要求的TC11钛合金叶轮。该研究对于我国航空航天发动机叶轮类锻件的研制、开发和生产,以及提高我国武器装备制造水平有着重要的意义。本文利用Gleeble-1500型热模拟实验机进行了等温恒应变速率压缩试验。分析了变形温度、变形程度和应变速率对TC11钛合金高温流动行为及组织演变的影响,揭示了其动态变形机制,并建立了该合金在α+β两相区及β相区的热变形本构方程,为设备吨位选择及有限元数值模拟提供了理论依据。基于动态材料模型理论,在TC11钛合金高温压缩试验基础上建立了该合金的热加工图。结合对变形试样的微观组织观察和表征建立了功率耗散系数η与热加工参数的定量关系,以及η和热变形机制及组织之间的内在联系。构建了TC11钛合金在不同变形条件下的变形机制图,确立了变形过程中片状组织球化、动态再结晶、动态回复的安全区间,以及发生绝热剪切带、微观裂纹和不稳定流动的失稳区间,获得了该合金热加工参数的最佳范围,从而达到控制锻件组织结构与性能的目的。为了深入分析叶轮成形过程中金属的流动机理和变形规律,从而精确控制钛合金叶轮复杂锻件尺寸精度,建立了叶轮热变形过程的热力耦合三维刚粘塑性有限元计算模型,对带有径向扭曲叶片的TC11钛合金叶轮整体精密成形过程进行三维有限元模拟。揭示了钛合金斜流叶轮的变形机理,预报成形质量缺陷,为优化TC11钛合金叶轮等温精密锻造热力参数和模具结构尺寸奠定了理论基础。采用等温成形和闭塞式锻造复合技术,一次整体精密成形出尺寸精度符合要求的TC11钛合金叶轮。为使锻件顺利脱模,采用组合式凹模技术,内层凹模由17块形状相同的凹模镶块组成。为了获得最佳成形方案,采用不同的坯料进行了试验研究。运用局部加载成形理论,有效控制了变形区的部位和金属的流动方式,从而可以降低成形载荷、提高模具寿命并改善锻件质量。对成形后的TC11钛合金叶轮锻件进行不同的热处理实验研究,确立了组织和性能配合最佳的热处理工艺制度,即采用多重退火工艺可以获得良好的综合机械性能。