钛合金棒材产品是国民经济领域中的关键工程材料,具有高的机械强度和韧性,同时具备良好的冷加工工艺性能,以满足后续加工的要求。然而,由于目前钛合金产品生产过程中存在裂纹或者断裂的缺陷,使得产品成材率较低,本文通过损伤分析对裂纹的产生进行了预测,从而降低了钛合金生产过程中的损耗率。本文制定了合理的三辊连轧TC4棒材的工艺制度,用有限元软件模拟棒材损伤值,对连轧过程中裂纹敏感区进行预测,并研究不同工艺参数对棒材最大损伤值的影响。改进了连轧孔型系统,在三辊热连轧机组上进行了相关试验,获得了几何尺寸精确、表面质量好的试样,随后进行了微观组织观察。具体研究内容如下:(1)利用Deform有限元模拟技术,对棒材三辊热连轧过程中的损伤值分布进行了模拟,通过对比,确定了损伤值最大的区域,即与轧辊接触的区域,此区域金属变形最大;比较了轧辊偏角、摩擦因数、温度对棒材最大损伤值的影响,为后续参数优化提供理论基础;采用CA模型,线性拟合了位错密度模型、动态再结晶模型等,进一步模拟了最大损伤区域晶粒的组织演变。(2)基于断裂力学理论,对适用于低温与等温的Ayada损伤模型进行了优化,考虑了轧制温度(850℃、900℃、950℃、1000℃)、应变速率(0.01 s-1、0.1s-1、1s-1)的影响,推导了TC4钛合金高温累积损伤值的数学模型;并比较了模拟损伤值与计算损伤值的计算偏差,最大偏差值为9%。(3)孔型连轧稳定是实现产品顺利变形的关键,在传统孔型基础上,采用正交分析法与有限元模拟,以降低棒材横截面温度梯度、减小表面裂纹为目标,优化了“多线段三角—圆”孔型系统,确定了第一道次、第三道次凸起轧槽的最佳几何尺寸,即,第一道次长轴长4.30mm,短轴长0.80mm,第二道次长轴长3.34mm,短轴长0.80mm。(4)在三辊热连轧机组上进行了TC4棒材轧制试验,获得了几何尺寸精确、表面质量好的试样,进一步确认了新型孔型的优越性;随后微观组织观察发现,在轧制第三道次,棒材组织开始发生组织转变,即由细条状逐渐转变为等轴状,这与有限元模拟结果相吻合。说明本文制定的工艺参数、设备参数是合理的,从而为同类金属材料轧制提供可靠的技术依据。