CN108977741A - 针对钛合金模锻件网篮组织分布的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种针对钛合金模锻件中网篮组织分布的预测方法，其包括以下步骤：S1、材料在不同变形条件下的组织测定；S2、通过不同变形参数下的热压缩变形试验获得流变曲线，通过数值分析，获得可预测钛合金变形抗力的本构模型，同时分析变形参数对显微组织演变规律的影响；S3、建立临界判据；S4、基于网篮组织形成的临界工艺条件，通过有限元软件二次开发，建立模锻件中网篮组织分布的可视化预测模型，并与实际结果进行对比分析与验证。本发明建立的钛合金模锻件网篮组织分布的预测方法可以有效的揭示近钛合金经锻造热处理后出现的显微组织变化，可以对一定的条件下锻件中网篮组织分布进行预测。

Description

针对钛合金模锻件网篮组织分布的预测方法

技术领域

本发明涉及钛合金模锻件锻造成形显微组织预测模型技术领域，特别提供了一种针对钛合金锻件网篮组织分布的预测方法。

背景技术

钛合金由于其密度小、比强度高、耐热性好以及较好的低温性能等特点，在对高寿命、轻量化有强烈需求的航空航天工业中已经得到了非常广泛的运用。20世纪60年代，飞机上的钛合金用量迅速增加，隔框、梁等重要的承力构件采用钛合金代替结构钢进行制造。如波音757客机钛合金用量占整个结构用量5％，麦道公司生产的DC10飞机，钛合金用量达5500Kg。

随着国家航空工业的大力发展，钛合金已成为制造航空领域长寿命、轻量化承力构件的关键材料之一。航空工业用钛合金锻件体积大、结构较复杂，经常需要经过模锻和等温锻造等工艺进行加工成型。尤其在热模锻过程中，是多个变形参数集成的工艺，对锻件成形的影响因素较多，从而造成组织的稳定性较差。制造具有复杂结构的大型航空模锻件中由于各部位变形及温度不均匀容易导致锻件局部的宏、微观组织难以满足航空锻件的高要求，往往需去除掉，从而使得材料利用率低。在实际的生产中，实现大型模锻件的形性一体化控制非常重要，由于材料的显微组织变化对其宏观性能有很大的影响，同时随着计算机技术的发展，利用有限元分析技术实现对大型模锻件出现的不满足使用要求的组织进行预测，对实际生产中提高材料成材率，及优化成形工艺均具有较大价值。

钛合金属于昂贵金属，少余量或无余量的近净成形是钛合金构件加工追求的目标。因此，提高材料利用率，减少加工周期对钛合金来说尤为重要。由于某类钛合金大型模锻件为保证达到性能要求，要求锻后锻件所有位置处均为网篮组织，而产生的非网篮组织要求全部去除，但由于其难以完全避免，因此希望将非网篮组织层厚度尽量减薄，使其层厚控制在加工余量范围内，因此要求严格控制成形工艺，这对提高钛合金模锻件成材率而言具有重大意义，存有巨大挑战。此外，对钛合金网篮组织与模锻过程中变形参数，如温度、变形量的量化依赖性仍然不明，缺少能直接判断锻件中网篮组织分布的可视化模型。因此，有必要对钛合金模锻件网篮组织的形成条件开展系统研究，以期为优化大型锻件的热加工工艺及预制坯技术提供依据。因此，人们迫切希望能够获得一种对钛合金模锻件网篮组织分布的预测方法。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种技术效果良好的钛合金模锻件网篮组织分布的预测方法。

具体地，本发明提供一种针对钛合金模锻件网篮组织分布的预测方法，

其包括以下步骤：

S1、材料在不同变形条件下的组织测定：

S11、等温热压缩实验：

将一近β钛合金坯料加工成多组Φ10×15mm的标准圆柱试样，在试验机上进行恒应变速率等温压缩实验，在变形温度为780℃～930℃间选取3个以上温度点，每个温度点在0.001s^-1～1s^-1之间取一应变速率进行变形量为10％～50％的热变形实验；

S12、热处理实验：

将热压缩之后的试样进行常规退火热处理，热处理结束后，沿中心切开，观察心部组织；

S13、确定显微组织并对显微组织进行观察分析获得不同显微组织的特性：

对多组试样的心部组织进行分析，获得的显微组织包括三种类型，所述三种类型包括与锻件近表层组织一致的典型非网篮组织、与锻件心部组织一样的网篮组织以及介于非网篮组织与网篮组织之间的过渡组织；

S2、通过不同变形参数下的热压缩变形试验获得流变曲线，通过数值分析，获得能预测钛合金变形抗力的本构模型，同时分析变形参数对显微组织演变规律的影响；

S3、建立临界判据：

通过步骤S2分析，在每一个变形温度下，小变形量下均获得非网篮组织，在某变形温度下，当变形量达到某一值时，显微组织由非网篮组织变成网篮组织，定义发生上述组织转变的变形量所对应的真实应变力为临界应变ε_f，利用表达式(1)确定临界应变εf与温度T之间的关系，如表达式(2)；

ε_f＝A×exp(-T/B)+C (1)

ε_f＝4.3×10⁷×exp(-T/42.4)+0.2 (2)

式(1)中A、B、C为待确定参数，式(2)中T为热变形的温度，exp表示函数关系为指数型曲线。

S4、基于网篮组织形成的临界条件，通过有限元数值模拟分析，建立模锻件中网篮组织分布的可视化预测模型。

优选地，步骤S4中还包括将数值模拟的结果与实验结果进行对比，误差分析结果表明模拟得到的网篮组织开始出现的临界层与表面距离与实际锻件中非网篮组织层厚度平均误差为10.01％。

优选地，步骤S13对显微组织观察具体包括以下步骤：

a、显微组织观察：

从钛合金工字形试验件上切取金相观察试样在光学显微镜对不同晶区的显微组织进行观察，试样经过磨抛制样后，抛光后的试样选用HF:HNO3:H2O＝1:3:10的腐蚀液进行腐蚀，腐蚀时间约为10s-12s，利用光学显微镜及扫描电镜观察试样显微组织；

b、力学性能测试：在工字形试验件上具有不同组织的部位，分别从横向和纵向两个方向切取微拉伸试样，在微力材料试验机上进行微拉伸力学性能测试，微粒材料试验机的光学引伸计输出工程应力应变曲线；其中，非网篮组织的强度大于网篮组织，网篮组织的延伸率大于非网篮组织；

c、断口扫描：通过对拉伸件的断口进行分析，判断其断裂方式，其中，钛合金断裂方式为韧性断裂，韧窝多为等轴状，且网篮组织的断口单位面积内非网篮组织的韧窝大而深。

优选地，步骤b中所测力学性能包括屈服强度、抗拉强度、均匀延伸率和断后延伸率。

优选地，步骤S11具体包括以下步骤：

S111、将钛合金坯料加工成多组Φ10×15mm的标准圆柱试样，在试样中部焊接热电偶，用来检测试样温度，并与计算机进行信号反馈，在试样两端涂抹高温润滑剂并粘贴钽片与石墨片来减小压头与试样之间的摩擦力，保证试样变形过程中的均匀性与稳定性，同时对试样仓抽真空并填充保护气体；

S112、以10℃/s的加热速度升温至变形温度并保温，变形温度包括750℃、800℃、850℃、870℃、890℃、910℃以及930℃，保温时间为10min；

S113、选择热压缩的应变速率为0.001s^-1、0.01s^-1、0.1s^-1、1s^-1，变形量为0.5；

S114、变形完毕后立即水冷，保留高温变形后的组织状态，通过热电偶的反馈与计算机共同记录真应力-真应变数据。

优选地，步骤S4中钛合金网篮组织预测模型表示为：

ε_f＝4.3×10⁷×exp(-T/42.4)+0.2；

式中T为热变形的温度，ε_f为变形温度为T时对应的临界应变，exp表示函数关系为指数型曲线。

优选地，步骤S4中确定钛合金网篮组织预测模型包括以下步骤：

S41、建立几何模型：将三维绘图软件绘制的上下模具及坯料，导出成DEFORM模型文件，将文件导入有限元软件，对上下模具和坯料进行网格划分，采用四面体单元，坯料划分多个单元和节点，最小单元的边长为2mm；

S42、确定材料参数及成型工艺：

在Deform-3D软件中，通过用户界面输入钛合金流变曲线，设定合金密度为4.5×10³kg/m³，热传导系数取11N/sec/mm/℃，热扩散系数取0.02W/(m·℃)，

模具材料选取5CrNiMo，变形过程中设定上模和下模均为传热的刚体，模具预热温度为300℃，摩擦系数为0.3，

采用β单相区的热成形工艺；

S43、有限元预测：将模拟结果按照用户定义的变量的进行分析，从而实现对钛合金工字形锻件网篮组织分布的预测。

优选地，步骤S13中的显微组织具体为：网篮组织的显微组织包括原始β晶粒被压扁且其晶界不出现或出现少量分散的颗粒状α相，原始β晶粒内包括次生短片层状且呈交错排列的次生α相；

非网篮组织的显微组织包括明暗相间的呈等轴状的原始β晶粒，原始β晶界处分布有连续的α相以及次生α相，暗的β晶粒内为尺寸较小的点状次生α相，亮的β晶粒内的次生α相多为片层状，并且具有不同位相的α簇交叉分布在晶粒内。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明建立的近β钛合金模锻件网篮组织分布的预测方法可以有效的揭示钛合金锻造之后经过热处理出现的显微组织变化，可以对一定的条件下出现的网篮组织分布进行预测。由于锻件要求组织状态为网篮组织，非网篮组织层性能不合格，需加工去除掉。在去除过程中，一方面往往会造成锻件流线被切断，从而导致的锻件整体综合性能下降，尤其对锻件寿命影响较大，另外，钛合金为较昂贵金属，去除非网篮组织层会造成大量的材料浪费，提高了生产成本。因此该方法可以进行实现对组织及力学性能进行预测和控制，还可通过预测锻件中网篮组织分布的面积(或厚度)用以评估不同的热模锻工艺的优劣，因此，该方法对于优化成形工艺，减少非网篮组织的产生，在提高材料利用率和锻件性能方面有重要意义。

附图说明

图1为热压缩试样经热处理后得到的典型非网篮组织；

图2为实际锻件近表层非网篮组织；

图3为热压缩试样经热处理后得到的网篮组织；

图4为实际锻件近表层网篮组织；

图5为组织状态与变形参数之间对应关系及临界应变ε_f回归分析结果，其中：▇表示网篮组织，●表示过渡组织，▼非网篮组织，曲线为临界应变与变形温度关系拟合；

图6a和图6b为模拟结果和实际结果组织对比，其中：图6a为模拟结果，图6b为实际锻件由于显微组织差异导致的具有明显明暗分层特征的低倍组织；

图7为节点距锻件边界距离实际值和模拟值对比；

图8为锻件近表层非网篮组织层去除时流线切断示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

具体地，本发明提供一种针对钛合金模锻件网篮组织分布的预测方法，步骤如下：

S1、材料在不同变形条件下的组织测定

①等温热压缩实验

将钛合金坯料加工成Φ10×15mm的标准圆柱试样，在Gleeble-3800试验机上进行更应变速率等温压缩实验，在变形温度为780℃～930℃间选取3个以上温度点，每个温度点在0.001s^-1～1s^-1之间取一应变速率进行变形量为10％～50％的热变形实验。

目的是在不同的变形条件下进行变形，使常规退火热处理之后的试样获得不同的显微组织，为确定组织和变形参数之间的量化关系提供数据。

其具体包括以下步骤：

将钛合金坯料加工成多组Φ10×15mm的标准圆柱试样，在试样中部焊接热电偶，用来检测试样温度，并与计算机进行信号反馈，在试样两端涂抹高温润滑剂并粘贴钽片与石墨片来减小压头与试样之间的摩擦力，保证试样变形过程中的均匀性与稳定性，同时对试样仓抽真空并填充保护气体。

以10℃/s的加热速度升温至变形温度并保温，变形温度包括750℃、800℃、850℃、870℃、890℃、910℃以及930℃，保温时间为10min。

选择热压缩的应变速率为0.001s^-1、0.01s^-1、0.1s^-1、1s^-1，变形量为50％。

变形完毕后立即水冷，保留高温变形后的组织状态，通过热电偶的反馈与计算机共同记录真应力-真应变数据。

实际锻件生产中，当加热保温结束后，坯料经过转运，温度会降低，尤其近表面温降更为明显。本试验主要针对锻件近表面区域的坯料的成形特点，研究温度和变形量对网篮组织形成的影响。试验试样准备和试验操作与前面试验一致。试样加热到单相区保温后，再以5℃/s降温到各变形温度，经过保温后进行不同变形量的变形。变形温度为(790℃、810℃、835℃、855℃、875℃、890℃)，变形量分别为10％、20％、30％、40％、50％。

②热处理

将热压缩之后的试样进行退火，所有试样处理结束后，沿中心切开，观察心部组织。

退火的主要目的是探明火次间的加热是否会影响非网篮组织。换句话说，如果前面火次已出现非网篮组织，经再次加热后非网篮组织是否还具有遗传性。

③显微组织确定并观察分析

对各个变形条件下变形后经过退火后的组织进行分析可知，其显微组织有三种类型。其一为典型非网篮组织，见图1，与实际锻件近表层非网篮组织层内显微组织一致，见图2；其二为网篮组织，见图3，与实际锻件心部组织一样，见图4；其三为过渡组织，显微组织中部分具有非网篮组织特点，部分具有网篮组织特点。其中图1和3为200倍下的金相照片，图2和4为500倍下的金相照片。

a、显微组织观察：

从钛合金工字形试验件上切取金相观察试样在光学显微镜对不同晶区的显微组织进行观察，试样经磨抛制样后，抛光后的试样选用HF:HNO₃:H₂O＝1:3:10的腐蚀液进行腐蚀，腐蚀时间约为10s-12s，利用光学显微镜及扫描电镜观察试样显微组织，其中，在锻件近表面一定厚度范围的非网篮组织层，显微组织主要由明暗相间的呈等轴状的原始β晶粒组成，原始β晶界处明显分布有连续的α相；原始β晶粒内次生α相形态多样，其中较暗的晶粒内为尺寸较小的点状次生α相，较亮的β晶粒内，次生α相多为片层状，并且能够看到具有不同位相的α簇交叉分布在晶粒内，表现出魏氏组织特征；当距离锻件表层超过一定距离后，显微组织主要表现为网篮组织，显微组织主要由被压扁且其晶界不出现或出现少量分散的颗粒状α相的原始β晶粒组成；原始β晶粒次生α相主要表现为短片层状且呈交错排列。

b、力学性能测试：在工字形试验件上具有不同组织的部位，分别从横向和纵向两个方向切取微拉伸试样，在微力材料试验机上进行微拉伸力学性能测试，微粒材料试验机的光学引伸计输出工程应力应变曲线；其中，非网篮组织的强度大于网篮组织，网篮组织的延伸率大于非网篮组织；

c、断口扫描：通过对拉伸件的断口进行分析，判断其断裂方式，其中，钛合金断裂方式为韧性断裂，韧窝多为等轴状，且网篮组织断口单位面积内较非网篮组织有更多的韧窝，韧窝大而深。

优选地，步骤b中所测力学性能包括屈服强度、抗拉强度、均匀延伸率和断后延伸率。

S2、临界判据的建立

在每一个温度下，在较小的变形量下均获得非网篮组织。在某变形温度下，当变形量达到某一值时，显微组织由非网篮组织变成网篮组织。定义发生上述组织转变的变形量所对应的真实应变为临界应变ε_f。不同变形条件下变形经过热处理后组织对应关系并将各温度下临界应变ε_f结果进行回归分析，见图5。将实验数据利用公式(1)确定临界应变ε_f与T之间的关系，如式(2)。

ε_f＝A×exp(-T/B)+C (1)

ε_f＝4.3×10⁷×exp(-T/42.4)+0.2 (2)

S3、模锻过程网篮组织分布识别与可视化

对将网篮组织预测模型完成二次开发后，以某钛合金“工字形”模锻件为例进行成形模拟。将数值模拟的结果与实验结果进行对比，见图6、图7和表1、表2。误差分析结果表明模拟得到的网篮组织开始出现的临界位置与锻件表面距离(非网篮组织层厚度)与实际锻件非网篮组织层厚度平均误差为10.01％。该模型可以对钛合金模锻件网篮组织分布进行预测，验证了模型的准确性。

表1实际锻件和模拟锻件对应点距边界距离

表2实际锻件和模拟锻件对应点距边界距离

钛合金网篮组织预测模型可表示为：

ε_f＝4.3×10⁷×exp(-T/42.4)+0.2。

由上述步骤S2分析可知，在经过β单相区加热保温后，网篮组织主要受变形温度T和变形量ε的影响。通过统计，将各变形条件下的组织特征进行分类。表3为在各变形条件下经过常规退火热处理后产生的组织情况，其中，非网篮组织表示为L，网篮组织表示为W，过渡组织表示为G。

表3不同变形条件下产生的组织状态统计

由上表数据可以看出，在每一个温度下，在较小的变形量下均获得非网篮组织。在某变形温度下，当变形量达到某一值时，显微组织由非网篮组织变成网篮组织。定义发生上述组织转变(过渡组织)的变形量所对应的真实应变为临界应变ε_f。将各温度下临界应变ε_f结果进行回归分析，拟合曲线相关系数为98.59％，同时可以得到在790-910℃温度范围内临界应变ε_f与热变形温度T的量化关系如下式：

ε_f＝4.3×10⁷×exp(-T/42.4)+0.2。

该典型钛合金网篮组织的形成主要是由于在β单相区加热保温后，形成的等轴β晶粒获得的变形量超过一定临界值可使得β晶粒明显的破碎而导致；而非网篮组织的产生则是由于等轴β晶粒变形不充分而不能明显破碎而导致。钛合金热模锻过程中网篮组织的产生主要与温度和变形有关：工字形锻件在模锻成形过程中，锻件中心区域金属，变形量较大，动态再结晶进行充分，同时降温缓慢，次生α相呈片状析出，在进行退火热处理后形成网篮组织。而边部区域温度较低、变形量较小，合金动态再结晶程度小，在冷速较快的降温过程中，次生α相呈等轴状析出，晶界处的α相优先于晶内的α长大，在进行退火热处理后形成非网篮组织。

因此，钛合金非网篮组织尽管难以避免，但可通过工艺调控(包括锻件优化设计以及热模锻方式)可将锻件网篮组织区域面积增加(即非网篮组织层减小或变薄)，提高材料利用率。为了更直观、便捷地分析工艺对锻件中网篮组织含量(或非网篮组织层厚度)的影响，可通过有限元数值模拟，实现不同工艺条件下锻件中网篮组织分布的可视化，这对工艺的评估与优化具有直接的指导意义。本发明采用DEFORM有限元软件对该钛合金工字形锻件模锻成形过程进行数值模拟，并通过二次开发，建立网篮组织预测的子程序，实现网篮组织分布的可视化，并与实际锻件进行对比，进一步验证网篮组织形成的临界判据。

如前所述，钛合金非网篮组织尽管难以避免，但可通过工艺调控(包括锻件优化设计以及热模锻)可将锻件网篮组织含量(区域面积)增加，或将非网篮组织层减小或变薄，提高材料利用率。为了更直观、便捷地分析工艺对网篮组织含量(或非网篮组织层厚度)的影响，可通过有限元数值模拟，实现不同工艺条件下锻件中网篮组织分布的可视化，这对工艺的评估与优化具有直接的指导意义。本发明采用DEFORM有限元软件对该钛合金工字形锻件模锻成形过程进行数值模拟，并通过二次开发，建立网篮组织预测的子程序，实现网篮组织分布的可视化，并与实际锻件进行对比，进一步验证网篮组织形成的临界判据。

优选地，确定钛合金网篮组织预测模型包括以下步骤：

建立几何模型：将三维绘图软件绘制的上下模具及坯料，导出成DEFORM模型文件，将文件导入有限元软件，对上下模具和坯料进行网格划分，采用四面体单元，坯料共划分单元219015个，节点44954个，最小单元边长2.086mm，上模共划分单元43721个，节点9931个，下模共划分单元45255个，节点10188个；

确定材料参数及成型工艺：

在Deform-3D软件中，通过用户界面输入钛合金流变曲线，设定合金密度为4.5×10³kg/m³，热传导系数取11N/sec/mm/℃，热扩散系数取0.02W/(m·℃)，

模具材料选取5CrNiMo，变形过程中设定上下模均为传热的刚体，模具预热温度为300℃，摩擦稀释为0.3，

采用β单相区的热成形工艺；

有限元预测：在有限元软件后处理中，通过用户自定义的变量能够将模拟结果按照用户定义的进行显示，从而实现对钛合金工字形锻件网篮组织分布的预测。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

建立的钛合金模锻件网篮组织分布的预测方法可以有效的揭示钛合金锻造之后经过热处理出现的显微组织变化，可以对一定的条件下出现的网篮分布进行预测。锻件要求组织状态为网篮组织，而非网篮组织性能不合格，需加工去除掉。在去除过程中，一方面往往会造成锻件流线被切断(见图8)，从而导致的锻件综合性能下降，尤其对锻件寿命影响较大。图8中1为工字型锻件中开始形成网篮组织的临界位置，2为锻件近表层，3为非网篮组织层，4为流线切断示意。另外，钛合金为较昂贵金属，去除非网篮组织层会造成大量的材料浪费，提高了生产成本。因此该方法可以进行实现对组织及力学性能进行预测和控制，还可通过预测锻件中网篮组织分布的面积(或厚度)用以评估不同的热模锻工艺的优劣。该方法对于优化成形工艺，减少非网篮组织的产生，在提高材料利用率和锻件性能方面有重要意义。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种针对钛合金模锻件中网篮组织分布的预测方法，其特征在于：其包括以下步骤：

S1、材料在不同变形条件下的组织测定：

S11、等温热压缩实验：将一钛合金坯料加工成多组标准圆柱试样，在试验机上进行恒应变速率等温压缩实验，在变形温度为780℃～930℃间选取3个以上温度点，每个温度点在0.001s^-1～1s^-1之间取一应变速率进行变形量为10％～50％的热变形实验；

S12、热处理试验：将热压缩之后的试样进行常规退火热处理；

S13、确定显微组织并对显微组织进行观察分析获得不同显微组织的特性：

对多组试样的心部组织进行分析，获得的显微组织包括三种类型，所述三种类型包括与锻件近表层非网篮组织、与锻件心部组织相同的网篮组织以及介于网篮组织与非网篮组织之间的过渡组织；

S2、通过不同变形参数下的热压缩变形试验获得流变曲线，通过数值分析，获得能预测钛合金变形抗力的本构模型，同时分析变形参数对显微组织演变规律的影响；

S3、建立临界判据：

通过步骤S2分析，在每一个变形温度下，小变形量下均获得非网篮组织，在某变形温度下，当变形量达到某一值时，显微组织由非网篮组织变成网篮组织，定义发生上述组织转变的变形量所对应的真实应变力为临界应变ε_f，利用临界应变ε_f的表达式(1)确定临界应变ε_f与温度T之间的关系表达式(2)；

ε_f＝A×exp(-T/B)+C (1)

ε_f＝4.3×10⁷×exp(-T/42.4)+0.2 (2)

式(1)中A、B、C为待确定参数，T为热变形的温度，式(2)中T为热变形的温度，式(1)和式(2)中的exp表示函数关系为指数型曲线；

S4、基于网篮组织形成的临界条件，通过有限元数值模拟分析，建立模锻件中网篮组织分布的可视化预测模型。

2.根据权利要求1所述的针对钛合金模锻件网篮组织分布的预测方法，其特征在于：步骤S4中还包括将数值模拟的结果与实验结果进行对比，误差分析结果表明模拟得到的网篮组织开始出现的临界位置与锻件表面距离与实际锻件中非网篮组织层厚度平均误差为10.01％。

3.根据权利要求1所述的针对钛合金模锻件网篮组织分布的预测方法，其特征在于：步骤S13对显微组织观察具体包括以下步骤：

a、显微组织观察：

从钛合金工字形试验件上切取金相观察试样在光学显微镜对不同晶区的显微组织进行观察，试样经过磨抛制样后，抛光后的试样选用HF:HNO₃:H₂O＝1:3:10的腐蚀液进行腐蚀，腐蚀时间约为10s-12s，利用光学显微镜及扫描电镜观察试样显微组织；

b、力学性能测试：在工字形试验件上具有不同组织的部位，分别从横向和纵向两个方向切取微拉伸试样，在微力材料试验机上进行微拉伸力学性能测试，微粒材料试验机的光学引伸计输出工程应力应变曲线；其中，非网篮组织的强度大于网篮组织，网篮组织的延伸率大于非网篮组织；

c、断口扫描：通过对拉伸件的断口进行分析，判断其断裂方式，其中，钛合金断裂方式为韧性断裂，韧窝为等轴状，且网篮组织的断口单位面积内非网篮组织的韧窝大而深。

4.根据权利要求3所述的针对钛合金模锻件网篮组织分布的预测方法，其特征在于：步骤b中所测力学性能包括屈服强度、抗拉强度、均匀延伸率和断后延伸率。

5.根据权利要求1所述的针对钛合金模锻件网篮组织分布的预测方法，其特征在于：步骤S11具体包括以下步骤：

S111、将钛合金坯料加工成多组Φ10×15mm的标准圆柱试样，在试样中部焊接热电偶，用来检测试样温度，并与计算机进行信号反馈，在试样两端涂抹高温润滑剂并粘贴钽片与石墨片来减小压头与试样之间的摩擦力，保证试样变形过程中的均匀性与稳定性，同时对试样仓抽真空并填充保护气体；

S112、以10℃/s的加热速度升温至变形温度并保温，变形温度包括750℃、800℃、850℃、870℃、890℃、910℃以及930℃，保温时间为10min；

S113、选择热压缩的应变速率为0.001s^-1、0.01s^-1、0.1s^-1、1s^-1，变形量为0.5；

S114、变形完毕后立即水冷，保留高温变形后的组织状态，通过热电偶的反馈与计算机共同记录真应力-真应变数据。

6.根据权利要求1所述的针对钛合金模锻件网篮组织分布的预测方法，其特征在于：步骤S4中钛合金网篮组织预测模型表示为：

ε_f＝4.3×10⁷×exp(-T/42.4)+0.2；

式中T为热变形的温度，ε_f为变形温度为T时对应的临界应变，exp表示函数关系为指数型曲线。

7.根据权利要求6所述的针对钛合金模锻件网篮组织分布的预测方法，其特征在于：步骤S4中确定钛合金网篮组织预测模型具体包括以下步骤：

S41、建立几何模型：将三维绘图软件绘制的上下模具及坯料，导出成DEFORM模型文件，将文件导入有限元软件，对上下模具和坯料进行网格划分，采用四面体单元，坯料划分多个单元和节点，最小单元的边长为2mm；

S42、确定材料参数及成型工艺：

在Deform-3D软件中，通过用户界面输入钛合金流变曲线，设定合金密度为4.5×10³kg/m³，热传导系数取11N/sec/mm/℃，热扩散系数取0.02W/(m·℃)，

模具材料选取5CrNiMo，变形过程中设定上模和下模均为传热的刚体，模具预热温度为300℃，摩擦系数为0.3，

采用β单相区的热成形工艺；

S43、有限元预测：将模拟结果按照用户定义的变量的进行分析，从而实现对钛合金工字形锻件网篮组织分布的预测。

8.根据权利要求3所述的针对钛合金模锻件网篮组织分布的预测方法，其特征在于：步骤S13中的显微组织具体为：网篮组织的显微组织包括原始β晶粒被压扁且其晶界不出现或出现少量分散的颗粒状α相，原始β晶粒内包括次生短片层状且呈交错排列的次生α相；

非网篮组织的显微组织包括明暗相间的呈等轴状的原始β晶粒，原始β晶界处分布有连续的α相以及次生α相，暗的β晶粒内为尺寸较小的点状次生α相，亮的β晶粒内的次生α相多为片层状，并且具有不同位相的α簇交叉分布在晶粒内。