GH4169合金盘件热变形后不同冷却速率条件下的组织模拟

对GH4169合金涡轮盘锻件进行模拟研究,利用有限元模拟软件结合二次开发对热变形后的涡轮盘的锻后温度及应变的分布规律进行模拟预测。同时,对热变形后盘件进行不同冷却速率的显微组织模拟预测研究。结果显示：该热变形计算流程方法可行,可以实现不同冷却速率下显微组织的模拟;显示热变形后的涡轮盘经过水冷、油冷和空冷等冷却,冷却速率越快晶粒越细小,而再结晶分数越少。该结果对实际GH4169合金涡轮盘锻造热加工可提供指导。     

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。     

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。     

直接时效GH4169合金涡轮盘热模锻工艺

本文介绍了直接时效GH4169合金涡轮盘的热模锻工艺,阐述了GH4169合金涡轮盘的热模锻的关键技术,并与传统锤上模锻工艺进行了对比,指出了该工艺的技术先进性.     

GH4169合金热加工过程中的显微组织演化数学模型

采用Thermecmastor—Z型热加工模拟试验机对GH4169合金热态变形过程中(温度范围为960～1020℃，应变速率范围为10^-2～50s^-1，等效应变范围为0．357～0．916和变形后高温滞留阶段内(滞留时间为0～15s)的显徽组织演化过程进行了实验研究，定量地测定了试样内的动态再结晶晶粒尺寸和再结晶体积分数。根据实验结果，指出了GH41．69合金热加工过程中的主要显微组织演化过程是动态和亚动态再结晶，确定了峰值应力和峰值应变与锻造热力参数间的关系，建立了动态再结晶和亚动态再结晶过程的运动学方程和晶粒尺寸演化模型，从而为预测和控制GH4169合金锻件的组织性能提供了依据。     

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高温合金的静态再结晶动力学

对GH4169高温合金在Gleeble-3500热模拟实验机进行了双道次和单道次热压缩实验。分析了变形温度、应变速率、间隔保温时间、变形量和初始晶粒尺寸对GH4169高温合金静态再结晶体积分数的影响。实验结果表明:变形温度越高、应变速率越大、道次间隔时间越长,变形量越大,初始晶粒度越小,静态再结晶体积分数越大。根据实验结果,建立了GH4169高温合金的静态再结晶模型,并将所建立的模型的预测结果和实验结果进行了对比分析,二者比较吻合。     

GH4169合金的热变形行为研究

研究了不同变形条件下GH4169合金的热变形行为,并结合计算机软件分析了变形量、应变速率以及变形温度对GH4169合金显微组织的影响。结果表明,GH4169合金的再结晶晶粒尺寸受到变形量的影响不大,但受到变形速率和变形温度的影响较大,其中变形速率影响最大。     

GH4738合金涡轮盘锻造过程的集成式模拟及应用

基于GH4738合金的热流变应力模型及晶粒组织演变模型,提出并实现了利用Deform3DTM软件对该合金涡轮盘从自由锻前预热直至模锻完成的整个锻造过程的集成式模拟.借助集成式模拟实现了对锻件在整个锻造过程中温度、平均晶粒尺寸等参数的定量控制.同时采用直径300mm涡轮盘的实际锻造结果验证了所用模型和该模拟方法的可靠性.最后,把集成式模拟运用于直径1450mm涡轮盘盘件的锻造过程模拟,并根据模拟优化方案在8×104t锻压机下成功锻制直径1450 mm涡轮盘盘件.为大型变形高温合金涡轮盘的锻造成型提供了工艺优化的理论依据和研究方法.     

基于显微组织演化的本构关系的有限元变形-传热-组织演化耦合分析方法

为了使本构关系能体现热态塑性成形过程中变形-传热-组织演化之间的复杂交互作用,作者提出了一种根据显微组织演化建立材料本构关系的方法。以这种本构关系为媒介,作者进一步提出了一种热态塑性成形过程的有限元变形-传热-组织演化耦合分析方法,并建立了软件系统DHTMECA。应用DHTMECA对GH4169合金涡轮盘在液压机上锻造过程进行了变形-传热-组织演化耦合分析。计算结果表明,DHTMECA不仅可以揭示热态塑性成形过程中坯料的形状和尺寸以及坯料内热力参数的演化规律,而且能够提供热态塑性成形过程中坯料内动态再结晶过程的细节,从而在过程仿真方面为实现锻造过程最优控制和锻件组织最优化奠定基础。而这些功能是DE-FORM,AUTOFORGE,SUPERFORGE等商业有限元软件所不具备的。     

粗晶GH4720Li合金热变形行为与动态再结晶特点

为了模拟难变形镍基高温合金GH4720Li开坯锻造过程,采用Gleeble-3800热模拟试验机研究经均匀化处理的GH4720Li铸锭高温压缩变形时的力学流动行为,分析高温变形过程中微观组织演化规律。结果表明,GH4720Li合金在1100℃,0.1 s-1条件下应力水平达到250 MPa,且应力对热变形温度和应变速率敏感,动态再结晶是主要的软化机制。粗晶组织提高了合金动态再结晶临界变形温度和应变速率,如在变形量为60%,变形条件为1140℃,0.001 s-1和1180℃,0.001s-1才能发生完全动态再结晶。计算的粗晶GH4720Li合金热变形激活能Q=1171kJ/mol,较高的热变形激活能表明粗晶组织不利于热塑性变形和动态再结晶的发生。基于本研究,铸态GH4720Li合金开坯温度应高于1140℃,同时保证较低的应变速率,以确保动态再结晶的充分发生,实现枝晶组织破碎。     

高温合金涡轮盘锻造工艺

航空航天发动机涡轮盘材料GH4133B是一种特殊的镍基高温合金新材料,该材料锻造成形时塑性低、变形抗力特别大、可锻温度范围窄、导热性差,且锻件的晶粒尺寸不能通过热处理细化,所以要满足锻件的内在质量要求,必须制定合理的工艺路线.本文从材料的化学成分、锻造工艺、模具设计和生产试制等方面介绍了涡轮盘的生产过程.其中,为了满足对锻造加热火次和每火次的锻造变形量的控制,提出了锻坯准备、表面清理、表面涂料、加热、刻标记和检验的新工艺路线.经验证通过热处理固溶、时效后的涡轮盘锻件,其力学性能完全达到使用要求,并且已批量生产,效果良好.     

制备工艺对GH4169合金组织结构与蠕变行为的影响

通过对等温锻造和热连轧工艺制备的GH4169合金进行蠕变性能测试和组织形貌观察,研究制备工艺对GH4169合金组织结构及蠕变行为的影响.结果表明:在热连轧期间,合金发生孪晶变形和位错滑移;与等温锻造相比,热连轧合金中的高密度位错具有形变强化的作用,可提高合金的蠕变抗力.在蠕变期间,等温锻造合金仅发生孪晶变形,而热连轧合金的变形机制是孪晶和位错滑移,其中,合金在热连轧期间形成的高密度位错可诱发蠕变位错发生单取向或多取向滑移,可减缓应力集中,抑制或延缓裂纹在晶界处萌生是使该合金具有较长蠕变寿命的主要原因.蠕变后期,裂纹在与应力轴垂直的晶界处萌生,并沿晶界扩展、发生解理断裂是2种工艺制备合金的蠕变断裂机制.     

镍基合金大锻件成形过程流变行为与晶粒尺寸预测

基于IN718合金热态成形过程中流动应力软化特征,采用动态再结晶软化本构模型来描述锻造过程中变形-传热-微观组织演变的相互作用。借助DEFORM-3D二次开发,将本构模型和微观演变模型进行耦合,模拟预测了IN718合金在多道次锻造过程中流变行为与晶粒尺寸演变,为大锻件锻造热力参数的合理制定与控制提供了依据。     

铸态2219铝合金热压缩变形组织演变规律

为解决2219铝合金微观组织粗大、第二相分布不均的问题,开展了对铸态2219铝合金热压缩变形组织演变规律的研究。研究结果表明,经热压缩变形后,铸态2219铝合金组织中粗大的晶粒及连续网状分布的残余结晶相被打碎,经热处理后形成了均匀的再结晶组织。随着变形温度的升高,晶粒组织粗化,但Al2Cu相的分布更细小、均匀;随着变形量的增大,晶粒组织逐渐细化,晶粒大小分布也更均匀,且Al2Cu相也随变形量的增加破碎得更充分,分布更细小、均匀。在大直径铸锭锻造开坯过程中,为了获得Al2Cu相细化分布的组织,变形温度应控制在420℃以上,单次变形量不应低于50%。延长锻后保温时间不会显著影响材料的显微组织,因此,在锻造开坯过程中,为了保证合理的变形温度区间,可以采用回炉加热多火次锻造的方式。     

TC6合金等温锻造过程中晶粒尺寸的数值模拟

通过引入一个与微观组织相关的函数对稳态流动应力模型进行修正,建立了金属材料高温变形时的稳态流动应力模型.并将该耦合微观组织参数的流动应力模型写入有限元程序中,模拟了TC6合金叶片在等温锻造过程中初生α相晶粒尺寸的变化.研究了变形工艺参数(压下量,变形温度,变形速度和摩擦因子)对零件内部初生α相晶粒尺寸的影响.     

DP工艺GH4169合金新型高温本构模型及组织定量研究

通过高温热压缩试验,得到经DP工艺处理的GH4169合金在变形温度为900~1060℃、应变速率为0.001~0.5 s~(-1)、压缩量为70%条件下的真应力-真应变曲线,依据流变曲线特征,界定出加工硬化-动态回复和动态流变软化两个阶段,建立了相应的新型高温流变本构模型,同时观察了变形显微组织,进行了定量金相统计分析。结果表明:GH4169合金高温压缩显微组织中的动态再结晶晶粒尺寸随变形温度的升高或应变速率的降低而逐渐增大;δ相含量逐渐减少,在1060℃时基本消失。通过引入标准统计参数——相关系数和平均相对误差绝对值,表明预测值和实际试验数值吻合度较高,所建立的本构方程可以用于准确预测经DP工艺处理的GH4169合金热成形过程中的应力值和热成形工艺优化。