GH4169合金异形环件轧制过程的最优主辊转速

合理的主辊转速是保证异形环件顺利轧制的重要因素.基于ABAQUS/Explicit显式算法建立了异形环件轧制过程的三维有限元模型,系统分析了主辊转速对异形环件轧制过程及其热力参数分布的影响规律,并进行了GH4169合金压气机机匣试验验证.结果表明:当主辊转速较大时,环件发生明显的轴向收缩现象;当主辊转速较小时,轴向收缩...     

直径增大速率对IN718合金环件径轴向轧制成形微观组织演变的影响

IN718合金环件径轴向轧制(Radial-axial ring rolling,RARR)成形容易出现混晶和局部晶粒粗大,导致零件无法满足航空发动机严苛的服役要求。以环件匀速长大为稳定轧制条件,给出了径轴向协同进给速度模型,并建立轧辊自适应径轴向轧制多场耦合有限元模型。应用以位错密度、再结晶分数和晶粒尺寸为内变量的统一本构模型,通过多场耦合有限元模拟研究了环件直径增大速率对IN718合金径轴向轧制成形微观组织的影响。结果表明:在保证稳定轧制的前提下,提高直径增大速率使环件平均温度升高,促进了再结晶晶粒的形核长大,使环件平均总再结晶分数增大;另一方面,提高直径增大速率缩短了轧制时间,不利于再结晶晶粒的长大,使再结晶分数减小,因而在直径增大速率超过4mm/s后环件平均总再结晶分数随之减小。     

SHPB实验考虑绝热变形和端面摩擦的修正方法

采用高温分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术对GH4169高温合金进行测试,获得了材料在高应变率下的温度敏感性,并拟合了Johnson-Cook本构模型的参数。结合数值计算方法对压缩实验中试件内部的应力、应变以及温度的分布建立了一个半经验的数学模型并提出了一种新的参数修正方法,将端面摩擦效应、绝热变形升温效应与SHPB实验结果进行解耦。实验结果表明:温度越高,GH4169高温合金的屈服强度以及流动应力越小。并且在SHPB实验中GH4169高温合金存在明显的绝热变形升温效应和端面摩擦效应,导致实验结果并不能真实反映材料的硬化特性。通过对原始Johnson-Cook本构方程的硬化项乘以1.2的修正系数,发现修正后的本构参数准确反映了材料在高应变率下的应力应变特性。      

一种热连轧GH4169合金的蠕变行为与断裂机制

通过蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了热连轧直接时效处理的GH4169镍基合金的蠕变行为和断裂机制。结果表明:热连轧GH4169镍基合金的组织结构由γ′,γ″相和γ基体相组成,具有较小的晶粒尺寸,晶内存在高密度位错和孪晶。经直接时效后,合金中弥散分布的细小γ″相数量增加,及高密度位错引起的形变强化效果,是使合金在650℃/725MP条件下具有较长的蠕变寿命的主要原因;蠕变期间,合金的变形特征是孪晶变形和位错的双取向滑移;随着蠕变进行,位错的数量逐渐增加,并在晶界处引起应力集中,致使裂纹在晶界处萌生及扩展是合金的蠕变断裂机制。     

5B70合金大尺寸锻环成形工艺及组织性能

针对大尺寸5B70锻环性能提高需求，通过对5B70均匀化铸锭进行不同温度和应变速率下的热压缩模拟，获得应力应变数据并拟合了该合金的热加工图，以指导大尺寸锻环成形。从热加工图中得到该合金合适的热变形温度为400~450 ℃，变形速率为0.1/s左右最为合适。根据该加工图，采用相同条件的环锻工艺，制备了5B70铝镁钪合金试验件和尺寸为Ф2 900 mm×Ф2 600 mm×700 mm成品环件，并讨论了热变形工艺对成形件组织和性能的影响。结果表明，铝镁钪合金在该热变形条件下进行塑性变形，没有出现加工失稳等变形缺陷，可获得力学性能和塑性综合表现良好的铝镁钪合金成形件。     

冷轧变形量和热处理状态对GH4169合金板材组织及硬度的影响

对GH4169合金开展不同变形量的冷轧和热处理实验，分析不同冷轧变形量和随后的不同热处理状态对板材显微组织及硬度的影响。不同冷轧变形量研究结果表明：随着变形量的增加，冷轧板材中的位错密度升高并形成滑移带，织构组织逐渐增强，退火孪晶界逐渐消失，板材硬度随之增大。不同热处理状态研究分析表明：980℃×10 min固溶处理后，变形量小于20%时，板材中仍残留有变形晶粒和位错，随着变形量增加再结晶逐渐发生，晶粒度尺寸逐渐细化，板材硬度随变形量的增加而升高；变形量达到25%以上时，固溶态板材可完成再结晶，变形晶粒和冷作硬化基本消除，板材的硬度降低至未变形的水平并且不随变形量增加而改变；时效热处理后板材中析出γ’’和γ’强化相，板材硬度显著高于冷轧态和固溶处理态且硬度基本不受冷轧变形量的影响；GH4169合金在980℃下固溶处理而发生再结晶的冷轧变形量门槛值处于5%～10%范围内，完全再结晶的冷轧变形量门槛值为25%左右。综合考虑实际生产情况，GH4169合金板材优化的制备工艺为冷轧变形量大于25%，相应的固溶处理制度宜选择为980℃×10 min。     

轧制变形对TiNiFe形状记忆合金组织结构及力学性能的影响

对不同变形量轧制和不同温度热处理的Ti₅₀Ni₄₇Fe₃合金的组织结构、力学性能进行了研究。X射线衍射结果表明,随着轧制变形量的增加,Ti₅₀Ni₄₇Fe₃合金在轧制方向上出现了择优取向;Ti₅₀Ni₄₇Fe₃合金的晶粒尺寸随着轧制变形量的增加而减小,随着热处理温度的升高而增大;Ti₅₀Ni₄₇Fe₃合金的抗拉强度和屈服强度随着轧制变形量的增加而增大,随热处理温度的升高而降低。     

镍基高温合金GH4169孔挤压强化数值模拟方法及参数影响

为探究孔挤压工艺在镍基高温合金上的应用,建立了镍基高温合金GH4169孔挤压工艺的数值模拟方法,并通过试验验证了方法的有效性,讨论了芯棒材料、挤压量和摩擦因数对周向残余应力分布的影响规律。结果表明:GH4169的挤压量上限为186%,并得到了挤压量和摩擦因数的优选范围;残余压应力层的深度受挤压量控制,在挤入面和挤出面都与挤压量呈正相关的线性关系,但存在最佳挤压量;挤压过程中芯棒会发生塑性变形,选材时要综合考虑芯棒的屈服强度和强度极限;摩擦因数仅影响孔边的残余应力分布,润滑不良时挤出面会因材料堆积而成为危险截面。     

直接时效处理对热连轧GH4169合金蠕变行为的影响

通过对热连轧GH4169合金进行直接时效处理、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了直接时效对热连轧合金蠕变行为的影响。结果表明:直接时效可明显提高热连轧GH4169合金的蠕变抗力,在660℃/700MPa条件下,使合金的蠕变寿命由60h提高到126h,在试验的温度和应力范围内,测定出该合金在蠕变期间的激活能和应力指数分别为Qa=559.2kJ/mol和n=17.6。合金在热连轧期间的变形特征是孪晶和位错在孪晶内的双取向滑移,且有较小的晶粒尺寸;经直接时效后,合金中弥散析出的细小γ″相是有效提高合金蠕变寿命的主要原因。在蠕变期间,合金的变形特征是孪晶及位错在基体中滑移;蠕变后期,在与应力轴垂直的晶界处首先出现微裂纹,随蠕变进行,微裂纹沿晶界扩展并发生沿晶断裂。     

阴极调速法测定电解加工ηω-i曲线特性的试验研究及其应用

镍基高温合金GH4169是航空发动机叶片的常用材料。为了精确获取GH4169的ηω-i曲线特性,采用调节阴极进给速度的新方法,实时控制加工间隙,使加工过程迅速过渡到平衡状态。利用阴极调速法开展了电解加工试验,经过计算得出ηω-i曲线。结果表明:当电流密度i小于6A/cm2时,ηω值趋向于0;当i大于50A/cm2时,ηω保持在1.28mm3/(A.min)不变。针对某航空发动机叶片,基于阴极调速法和恒速法测定的ηω-i曲线特性,分别设计了工具阴极,并开展了对比工艺试验研究。研究表明:根据阴极调速法测得ηω-i曲线特性设计的阴极,加工出叶片的复制精度明显提高,叶片精度整体提高0.03mm,证明该方法测定ηω-i曲线特性更加准确。     

Optimization on cooperative feed strategy for radial–axial ring rolling process of Inco718 alloy by RSM and FEM

During radial–axial ring rolling process,cooperative strategy of the radial–axial feed is critical for dimensional accuracy and thermo mechanical parameters distribution of the formed ring.In order to improve the comprehensive quality of the ring parts,response surface method(RSM) is employed for the first time to optimize the cooperative feed strategy for radial–axial ring rolling process by combining it with an improved and verified 3D coupled thermo-mechanical finite element model.The feed trajectory is put forward to describe cooperative relationship of the radial–axial feed and three variables are designed based on the feed trajectory.In order to achieve multiobjective optimization,four responses including thermo mechanical parameters distribution and rolling force are proposed.Based on the FEM results,RSM is used to establish a response model to depict the function relationship between the objective response and design variables.Through this approximate model,effects of different variables on ring rolling process are analyzed connectedly and optimal feed strategy is obtained by resorting to the optimal chart specific to a constraint condition.     

TC4钛合金锥形环热辗轧应变及温度场对轧辊尺寸的响应规律

 提出采用等效半径来描述锥形轧辊(驱动辊和芯辊)及锥形环坯的呈线性变化的径向尺寸,进而建立了确定锥形环件辗轧关键工艺参数合理范围的方法。基于ABAQUS软件平台,研究建立了TC4钛合金锥形环热辗轧三维热力耦合有限元模型,进而模拟阐明了TC4钛合金锥形环热辗轧过程应变及温度场对轧辊尺寸(等效半径)的响应规律与机理。主要结果表明:随着驱动辊等效半径增大,环件内侧等效塑性应变及温度明显增大,环件温度分布越均匀;随着芯辊等效半径增大,环件内侧等效塑性应变及温度明显减小,温度分布越不均匀;驱动辊和芯辊各存在一个最佳的等效半径,使得环件应变分布最均匀。     

GH4169合金近等温锻造

对GH4169合金进行近等温锻造试验,结果表明:近等温锻造GH4169合金微观组织和拉伸性能对温度场敏感高,对变形量和应变速率不敏感,有利于GH4169合金近等温加工成形.     

固溶处理GH4169合金的高温变形行韦

 对GH4169合金进行了固溶温度为1 233,1 253,1 273,1 293 K,保温时间为30~60 min的固溶处理试验,得到了GH4169合金中δ相形貌由针状向短棒状和颗粒状转变,数量逐渐减少直至消失的演变规律。将固溶处理后的GH4169合金通过热模拟压缩实验,研究变形工艺参数和固溶处理对GH4169合金高温变形行为的影响。热模拟压缩实验时选取的变形温度为1 123~1 288 K,应变速率为0.1~10.0 s^-1,变形程度为60%。结果表明：流动应力随变形温度的降低和应变速率的提高而迅速增大,δ相不仅使流动应力降低,而且对动态再结晶过程产生强烈的促进作用;利用多元回归分析方法建立的流动应力模型的计算值与实验值的误差小于10%,较好地描述了固溶处理GH4169合金在高温变形过程中的塑性流动行为。     

On a plastic instability criterion for ultra-large radial-axial ring rolling process with four guide rolls

A dynamic mechanical model is proposed to describe the complexing actions of all the rolls on the ring during the ultra-large radial-axial ring rolling(RARR) process with four guide rolls. Based on the model, the calculation models for bending moment and normal stress at any section of the ring are deduced by force method. If the maximum section bending normal stress exceeds the yield stress of the ring materials, the ring will be distorted thus leading to the instability of the RARR process. Ac...     

GH4169DA磨削表面变质层软化机理

为了深入研究高温合金GH4169DA磨削表面变质层软化机理,分别采用光学显微镜、显微维氏硬度计和透射电子显微镜（TEM）分析了其微观组织、显微硬度和γ"相密度。试验结果表明：GH4169DA磨削表面及亚表面发生了明显软化和局部塑性变形。在试验参数范围内,软化深度约为30~100 μm,而变形层的深度只有约4 μm。从基体到磨削表面,γ"相密度由约2.27×10³个/μm²逐渐降低,至距磨削表面约2.2 μm以内γ"相完全消失。该变化规律与显微硬度变化规律一致,最大影响深度也基本相同。分析指出,GH4169DA磨削表面软化的根本原因是在磨削过程中热的作用下,主要强化相γ"密度降低,强化效果减弱。     

GH4169高温合金高应变率本构关系试验研究

 基于高应变率下GH4169高温合金的本构关系是采用有限元法对GH4169高温合金进行切削加工数值分析研究的基础。本文针对GH4169高温合金,通过试验对其在温度为室温至1 000 ℃、应变率为2 000～10 000 s^-1的范围内的本构关系进行了研究。研究发现高应变率下GH4169高温合金的流动应力与塑性应变关系接近线性关系,同时温度影响着高应变率下应变率对本构关系的影响程度及方式。根据GH4169合金流动应力曲线的特点,对Johnson-Cook本构模型进行修正。基于试验结果,通过数据拟合确定了对应高应变率GH4169高温合金的材料常数,建立了描述GH4169高温合金高应变率下的本构模型,为切削加工有限元数值分析提供了理论基础,并为相关类似研究提供了思路。     

带边条翼导弹滚转稳定性分析

为了分析带边条翼导弹模型的非线性自由滚转运动及滚转稳定特性,采用理论分析与动态测力试验、滚转自由度释放测量试验相结合的方式,对低速来流条件下模型0°~60°迎角范围内的滚转运动、滚转稳定特性随迎角变化的规律进行了研究。在10°迎角时,模型在4个"+"形位置是滚转静稳定的并且在"+"形位置上滚转运动保持平衡;迎角大于20°的范围内滚转静稳定的平衡位置变到4个"×"形位置上;并且迎角为20°时模型在"×"形位置滚转保持平衡,迎角大于30°后模型产生滚转极限环自激振荡运动,迎角达到60°时模型的滚转运动发散演变为高速旋转的形式。研究结果表明:模型滚转运动的形式决定于滚转力矩的静、动稳定特性。     

某燃气轮机高压压气机后轴颈电子束焊接

为了验证某燃气轮机后轴颈使用YZGH4169材料替代GH698材料的可行性,特针对YZGH4169材料电子束焊接接头的室温拉伸、高温拉伸及高温持久性能进行试验,并与GH698材料的相应性能结果进行分析和比较。结果表明:YZGH4169焊接接头的室温、高温抗拉强度和屈服强度均高于GH698,延伸率和断面收缩率略低于GH698,但均满足标准要求,且27mm厚度的YZGH4169焊缝成型良好,满足一级焊缝的要求。此方案的确定为某燃气轮机后轴颈及类似结构、材料的零件国产化代料工作提供技术依据。