GH4169合金细长轴锻件局部锻造成形工艺研究

研究了GH4169合金细长轴类锻件局部锻造成形工艺,分析了锻件不同部位的组织演变规律。结果表明,为了避免加热过程晶粒的快速长大,提高不同变形区域内组织的均匀性,合金锻造加热温度应为970℃,整体加热方式能够避免局部加热时魏氏组织的形成。通过分析细长轴类锻件成形工艺特点及锻造难点,并充分利用合金的热加工工艺特征,采用卧锻机局部镦锻成形工艺成功制备出长度超过850 mm的GH4169合金细长轴类锻件,且锻件晶粒尺寸与δ相分布整体上呈现较为均匀的特征。     

基于热辗扩工艺的低碳钢环坯晶粒长大规律

低碳钢Q235是环件辗扩成形工艺的常用材料,辗扩前的加热规范对其辗扩过程及组织性能变化至关重要。利用箱式电阻炉在950~1200℃范围内,研究加热温度和保温时间对其加热过程中奥氏体晶粒长大规律的影响。借助于ZEISS显微镜观察分析其奥氏体晶粒长大组织,并采用截线法测定奥氏体晶粒平均直径。结果表明,随加热温度的升高和保温时间的延长,Q235钢奥氏体晶粒尺寸逐渐增大;且加热温度对奥氏体晶粒长大过程的影响要明显大于保温时间的影响,温度越高,晶粒生长指数越大;奥氏体晶粒的粗化温度为1100℃。在实验基础上,分别建立了Q235钢环坯在等温与非等温条件下晶粒长大动力学模型,并验证了等温长大模型预测结果与实验结果吻合良好。上述结果可为Q235环坯的辗扩成形提供准确的加热规范和奠定模型基础。     

GH4169合金惯性摩擦焊接过程组织计算与预测

以高性能航空发动机涡轮盘和压气机盘为背景，采用有限元数值模拟方法，对GH4169合金模拟件的惯性摩擦焊接过程进行了分析与计算，基于金属塑性变形的物理基础，建立了GH4169合金惯性摩擦焊接过程显微组织的演化模型；通过高温合金在热成形过程中的再结晶发生条件，再结晶体积分数、晶粒尺寸与热力参数（应变速率、应变程度、成形温度）之间的映像关系，对惯性摩擦焊接热力影响区的再结晶组织进行了模拟计算。从而为合理地制定焊接热力规范，提高GH4169合金的焊接性能和接头质量提供了参考。     

GH4169合金非均匀组织在加热过程中的演化机理

通过对第二相状态、晶界取向差及晶粒尺寸演化的分析,研究了GH4169合金不均匀组织在加热过程中的演化机理.结果表明,GH4169合金中d相的体积分数在低温下随温度的升高和时间的延长而增加;在高温时随温度的升高而降低,随时间的延长先增加后降低至恒定值.第二相的钉扎作用表现为:晶内析出的d相和g"相阻碍位错的运动,沿晶界析出的d相阻碍再结晶晶粒的形核和长大,碳化物阻碍晶粒长大.小角度晶界的体积分数随加热温度的升高和时间的延长而降低;高温下,退火孪晶的生长使得小角度晶界含量增加.GH4169合金的组织演化机理主要包括:亚晶长大、再结晶晶粒的长大和退火孪晶的长大.新的再结晶晶粒主要通过亚晶长大过程获得,亚晶长大过程主要通过小角度晶界的转动和位错的迁移完成.晶粒长大过程受到抑制时,合金通过退火孪晶的形核及长大耗散其吸收的热量.     

固溶处理对GH4169合金晶粒长大和硬度的影响

研究了GH4169合金在不同固溶温度和保温时间下进行固溶处理时晶粒长大的规律和其对硬度的影响。结果表明:该合金的δ相溶解温度在980～1000 ℃之间,不同固溶处理条件下GH4169合金的晶粒长大具有不同特点,在低于δ相溶解温度热处理时晶粒长大缓慢,当热处理温度高于δ相溶解温度时,晶粒尺寸随热处理温度的升高而快速长大;建立了GH4169合金在1000 ℃以上热处理过程中的晶粒长大动力学模型,晶粒长大的激活能为285.013 kJ/mol;GH4169合金的硬度随固溶温度的升高和保温时间的延长而降低,且合金的晶粒尺寸和硬度值遵循Hall-Petch关系。     

楔横轧不同变形阶段的微观组织演变分析

运用三维刚塑性有限元DEFORM-3D软件对GH4169合金零件的楔横轧成形进行变形、传热、微观组织演变的耦合数值模拟,揭示轧件在楔横轧成形过程中各个变形阶段(楔入段、展宽段和精整段)微观组织的演变规律,分析轧件平均晶粒尺寸在不同变形阶段变化的具体原因。结果表明,楔横轧成形GH4169合金轧件时,虽然温度低、应变率高,但楔横轧特有的大变形仍能使动态再结晶发生并完成,从而得到细小均匀的晶粒组织;轧件晶粒的细化程度随断面收缩率的增大而增大;轧件在高温下主要发生晶粒长大,因此减小精整段的长度以及缩短进入下道工序的时间,可以避免粗晶的产生,提高成形件的综合力学性能。     

GH141高温合金矩形环件热处理工艺研究

GH141高温合金矩形环件的热处理一般经过退火、固溶和时效3个阶段,每个阶段都会对环件的微观组织产生重要影响。由于退火和固溶处理的温度较高,对环件的晶粒尺寸、碳化物含量等组织影响更为显著。因此,本文主要针对GH141高温合金矩形环件的退火和固溶热处理进行了试验研究。结果表明,经过1080℃退火处理,径轴双向辗轧成形的环件边角处的晶粒会发生一定程度的长大,而其它区域的晶粒尺寸基本不发生变化,退火时间对晶粒尺寸影响较小。1120℃固溶处理后,GH141合金环件晶粒尺寸明显增大。但是在本试验条件下,随着固溶时间的增加,晶粒尺寸基本不发生变化。     

δ相对GH4169合金热变形后热处理中晶粒长大的影响北大核心CSCD

针对GH4169合金的Delta工艺,经热变形后在950~1040℃范围内进行热处理实验,研究了δ相对晶粒长大的影响规律。结果表明:δ相通过对晶界的钉扎作用可以有效地抑制晶粒长大,同时δ相发生了溶解;当温度为950℃时,其显微组织演变机制主要为静态回复;当温度高于980℃时,δ相大量溶解,其显微组织演变机制主要为晶粒长大和退火孪晶形成。因此,GH4169合金Delta工艺中需严格控制加热和变形温度在950~980℃之间。     

GH4169合金闪光焊型材与接头的组织性能研究

针对GH4169合金闪光焊型材及接头试验件开展组织性能研究,主要包括低倍组织、显微组织、晶粒度、室温拉伸、高温拉伸、蠕变、低周疲劳性能等,并将力学性能结果与锻/轧环件数据进行对比分析。结果表明:GH4169合金闪光焊型材及接头高倍、低倍组织均匀,接头焊缝处晶粒比型材基体细小。GH4169闪光焊型材与接头室温拉伸、650℃拉伸强度,蠕变、疲劳性能与传统锻/轧工艺制备的环件的性能相当。     

δ相对GH4169合金热变形后热处理中晶粒长大的影响

针对GH4169合金的Delta工艺,经热变形后在950~1040℃范围内进行热处理实验,研究了δ相对晶粒长大的影响规律。结果表明:δ相通过对晶界的钉扎作用可以有效地抑制晶粒长大,同时δ相发生了溶解;当温度为950℃时,其显微组织演变机制主要为静态回复;当温度高于980℃时,δ相大量溶解,其显微组织演变机制主要为晶粒长大和退火孪晶形成。因此,GH4169合金Delta工艺中需严格控制加热和变形温度在950~980℃之间。     

GH4169惯性摩擦焊接过程动态再结晶组织演化的数值模拟

利用MSC.Marc的热力耦合弹塑性有限元模拟技术,建立了GH4169环形件惯性摩擦焊接过程的二维热力耦合有限元模型。考虑到惯性摩擦焊接过程中的温度变化,采用叠加原理对Na Y S建立的GH4169动态再结晶数学模型进行调整。借助MSC.Marc二次开发,将动态再结晶数学模型和有限元模型相结合,对惯性摩擦焊接过程中GH4169合金的动态再结晶组织演化进行数值模拟,得到了焊接过程中的动态再结晶分数和平均晶粒尺寸分布。对接头的宏观形貌和焊缝区的微观组织进行观察分析,发现模拟结果与实验结果吻合较好。     

GH4169合金涡轮盘热模锻中晶粒尺寸演变的数值模拟与分析

针对GH4169合金涡轮盘热模锻中易出现粗晶、混晶等显微组织缺陷,通过热模拟压缩实验和热变形后热处理实验,研究分析了GH4169合金在热变形和后续热处理中的显微组织演变规律,并建立了晶粒尺寸演变模型。实验结果表明:GH4169合金在热变形中的主要显微组织演变机制为动态再结晶,热变形后热处理中的主要显微组织演变机制为晶粒长大和孪晶生成。将晶粒尺寸演变模型与有限元结合,对某GH4169合金涡轮盘热模锻中的晶粒尺寸演变进行了预测分析,预测结果与实际结果一致。     

热连轧GH4169合金的晶粒长大行为

对热连轧(HCR)GH4169合金在固溶处理过程中晶粒长大行为进行系统研究。结果表明,该合金?相溶解温度在990～1000℃之间,δ相对晶粒长大有显著阻碍作用,在低于δ相溶解温度进行固溶处理时,析出的δ相使得晶粒长大缓慢;在高于δ相溶解温度以上时,晶粒随温度的升高快速长大。晶粒长大动力学表明:在高于δ相固溶线温度以上进行固溶处理时,晶粒生长指数随着固溶温度的升高而增加;固溶处理温度为1000和1050℃时的晶粒长大激活能为223.849kJ/mol,晶粒长大机制为自扩散过程控制机制,并建立了相应的晶粒长大动力学方程。     

摩擦对高温合金复杂截面圆环多道次滚压成形不均匀变形作用

在高温合金复杂截面薄壁圆环多道次滚压成形过程中,板料要经历多场多因素偶合作用下复杂的不均匀塑性变形和组织演化历程,特别是不均匀塑性变形通常是导致薄壁件成形起皱、椭圆和开裂等缺陷产生的主要因素。摩擦是描述环件与辊轮接触作用的主要参数,很大程度上决定着该环件多道次滚压成形过程中塑性变形的不均匀性,严重的影响着其滚压成形质量。为此,本文以有限元仿真为主并结合实验和理论方法,对高温合金GH4169薄壁w形圆环多道次滚压成形进行了系统的分析;进而提出了不均匀变形度的表征方法,研究获得了摩擦对高温合金复杂截面薄壁圆环多道次滚压成形不均匀变形的影响规律。结果表明：随着滚压成形的进行等效应力极值逐渐增大,且从动辊进给时环件弯曲部分材料变形量较大;随着驱动、从动辊与环件之间摩擦系数的增加,不均匀变形程度先减小,后逐渐增大;导向辊与环件之间的摩擦对不均匀变形度的影响不大。     

GH4169合金的冷变形行为

通过室温压缩试验、数学模型拟合、光学显微镜(OM)、电子背散射衍射(EBSD)和显微硬度等手段,建立GH4169合金冷变形本构方程,研究了冷变形量及应变速率对GH4169合金组织和性能的影响。结果表明,GH4169合金冷变形加工硬化规律基本符合Hollomon方程,其中应变速率对加工硬化影响较小,变形量是影响加工硬化的主要因素;随着变形量的增大,晶粒的变形程度增大,晶粒内部的小角度晶界随着变形量的增大逐渐增多,并有部分向大角度晶界转化;合金的显微硬度也随着变形量的增大而逐渐增大。     

考虑变形热效应的本构关系建立方法

在等温恒应变速率压缩过程中，随着等效应变速率的增大，变形热效应对流动应力的影响程度增大。当等效应变速率很小时，变形热效应对流动应力的影响可忽略不计，压缩过程中可近似认为是等温过程；当等效应变速率较大时，变形热效应对流动应力的影响相当显著，压缩过程基本上成为绝热过程，提出了一种考虑变形热效应对流动应力影响的本构关系建立方法。用该方法建立的本构关系能客观地反映材料在热态变形过程中的动态响应特性，为提高     

GH4169合金涡轮盘热模锻工艺的优化研究

在GH4169合金涡轮盘的实际生产中存在不同程度的组织不均匀性和折叠等缺陷,从而降低了涡轮盘的使用性能。文章将GH4169合金的热加工图以及动态再结晶模型和晶粒长大模型与有限元结合,同时采用Kumar模型描述GH4169合金的本构关系,预测了某GH4169合金涡轮盘热模锻造过程中功率耗散因子η和组织的分布,以及塑性失稳区的位置,预测结果与实际结果一致。运用正交设计试验方法分析了各工艺参数对终锻温度和涡轮盘内组织分布均匀性的影响。     

GH4169异型材单轧槽轧制工艺

采用轧制工艺生产GH4169合金异型材,结合实验条件,基于有限元模拟软件建立了单轧槽少道次轧制过程的三维刚塑性有限元模型。采用异型坯作为坯料,分析了轧制过程中孔型充满度、变形温度、等效应变和等效应力的分布情况。模拟结果表明,采用Φ160 mm×200 mm轧机时,初轧温度为1070℃,断面收缩率为45%,单轧槽两道次轧制成形,孔型充满度良好,等效应变约为0.3~1.4。结合模拟结果,在轧机上进行了热轧实验,轧件厚度满足尺寸要求,宽度比成品小2 mm,没有发生晶粒细化。这主要是由于多火次、多次数轧制,使得加热引起的晶粒长大程度大于小变形量引起的晶粒细化程度,使得晶粒未细化,宽度不够。     

固溶处理对低膨胀GH2909高温合金奥氏体晶粒长大的影响

为了分析固溶温度和时间对GH2909高温合金奥氏体晶粒长大的影响,获得GH2909合金奥氏体晶粒长大规律,对GH2909高温合金在不同固溶温度(1000~1080 ℃)和不同固溶时间(1~4 h)下进行固溶处理。对不同固溶处理工艺后的GH2909合金奥氏体晶粒平均尺寸进行测量,建立了GH2909合金固溶处理时奥氏体晶粒长大模型。结果表明,GH2909合金奥氏体晶粒随固溶温度和时间的增加而逐渐长大,组织中的Laves相逐渐回溶,且当固溶温度小于1020 ℃时,GH2909合金具有较好的抗奥氏体晶粒粗化能力,可以有效指导GH2909合金锻造过程中的晶粒度控制。