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。     

TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169刀具耐用度研究

针对难加工镍基高温合金材料GH4169实际切削过程中的加工效率低下、刀具磨损严重、加工表面质量差等问题,本文采用正交试验法,使用新型PVD-TiAlN涂层硬质合金刀具进行高温合金GH4169的高速铣削试验。研究了TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169过程中的刀具耐用度和由于刀具磨损引起的试件表面粗糙度的变化规律;建立了高温合金GH4169的刀具寿命经验公式和刀具磨损与试件表面粗糙度之间的变化规律曲线。结果表明:高温合金GH4169高速铣削过程中,切削速度对刀具寿命的影响非常明显,进给量及切削深度的影响较小;TiAlN涂层硬质合金刀片的耐用度随着切削速度的增大而减小;试件的表面粗糙度值随着刀具的磨损总体上呈现增加的趋势。     

高速干切削工件表面残余应力分析

建立了金属正交切削的热力耦合有限元模型,对难加工材料GH4169进行非稳态的干切削加工模拟,得到卸载后不同切削速度下工件表面应力场、温度场的分布。分析了不同切削速度下工件残余应力的分布规律以及对工件抗疲劳性能的影响。结果表明,随着切削速度的增大,工件表层的残余拉应力整体上呈现增大的趋势,但在表层迅速下降转化为压应力,并在100~140μm处出现峰值,然后逐渐减小,并且随着切削速度的增大压应力层有向内部深入的趋势,这有利于提高工件的抗疲劳性能,为高速干切削难加工材料的工艺研究提供了参考依据。     

高温合金高速铣削表面形貌及组织研究

为研究高温合金GH4169高速铣削表面完整性,在测量铣削过程中切削力随时间及切削参数变化规律的基础上,分析了高温合金加工表面形貌及微观组织的演化规律.结果表明:在本试验参数范围内,切削力随着切削速度的增加先升高后降低;铣削表面粗糙度随着切削速度增加而下降,随每齿进给量的增加而增加;变质层主要出现在主切削刃形成的切削表面...     

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.     

高速铣削GH4169切削力及表面粗糙度研究

使用TiAlN涂层硬质合金刀片进行高温合金GH4169的高速铣削正交试验,利用最小二乘法对试验数据进行了回归分析,建立了铣削力和表面粗糙度的经验公式,分析了高速铣削高温合金GH4169条件下切削参数对切削力和表面粗糙度的影响规律。结果表明:切削深度对铣削力影响最大,其次是切削速度和每齿进给量;进给量是影响表面粗糙度的最主要因素,其次是切削深度和切削速度。     

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。      

GH4169高温合金端面车削表面变质层的形成机理

利用实验和DEFORM-3D有限元分析相结合的方法,通过分析不同加工参数下切削力、温度和应变场,以及残余应力、显微硬度、微观组织的变化,研究GH4169端面车削表面变质层的形成机理。结果表明:表面变质层的形成是热力耦合作用于材料微观组织的结果;加工强度增大,切削力和切削热增大,表层金属等效应变增大,塑性变形更加显著,金相组织改变越明显,晶粒变形程度越大;在加工参数范围内,温度影响层深度为130~200μm,等效应变层深度为100~220μm,残余应力层为80~110μm,硬化层深度为50~80μm,表面变质层深度为2.5~5μm。     

高温合金材料冷加工技术

论述了高温合金GH4169的性能、加工方法、切削参数、刀具材料、冷却介质以及加工过程中应注意的事项。     

TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169刀具磨损形貌及机理分析

针对难加工镍基高温合金GH4169切削过程中刀具磨损严重、加工效率低下、成本高等问题,使用新型PVD-TiAlN涂层硬质合金刀具高速铣削GH4169,获得了刀具的磨损形貌.采用电子扫描显微镜(SEM)观测了刀具的磨损形貌,通过能谱分析仪(EDS)分析了磨损刀具表面的元素分布,并对刀具的主要磨损机理进行了分析.结果表明:TiAlN涂层刀具高速铣削GH4169时,刀具的磨损形态主要表现为微崩刃、微裂纹和剥落,刀具的磨损机理主要为粘结磨损、氧化磨损和扩散磨损.     

镍基高温合金铣削加工的残余应力研究

对硬质合金与陶瓷两类不同刀具分别以低速湿式铣削和高速干铣削方式加工镍基高温合金GH4169时的已加工表面残余应力进行研究.采用X射线衍射法测量铣削后的工件表面残余应力.采用涂层硬质合金刀具在较低铣削速度30～90m/min并浇注切削液的条件下铣削GH4169时,可在工件表面形成残余压应力或相对较小的残余拉应力,对残余应力数据进行统计分析.结果表明,刀具和铣削速度对表面残余应力均有显著影响,而且表面残余应力总体上随着每齿进给量的增加而呈现拉应力增加的趋势.采用涂层Al2O3-SiCw和Sialon陶瓷刀具以较高铣削速度300～1100m/min干铣削GH4169时,工件表面都将形成很大的残余拉应力.镍基高温合金GH4169的精加工更适合采用硬质合金涂层刀具并浇注切削液充分冷却,而陶瓷刀具干铣削则更适合于GH4169的粗加工.     

GH4169车削过程的热力耦合作用及残余应力场研究

镍基高温合金GH4169是一种拥有优良的机械性能及抗腐蚀能力的耐热合金,被广泛应用于航空航天工程等领域,其切削过程因热力耦合作用产生的残余应力对零件的疲劳性能有重要影响.本文采用GH4169车削试验及Deform-3D仿真模拟相结合的方法,通过试验的切削力和仿真的温度-应变场对残余应力场的形成机理进行研究.结果表明:刀具磨损对主切削分力和车削温度的影响非常显著,在刀片磨钝过程中,主切削分力由538N增大到756N,剪切区温度由552℃增高到654℃,工件表面的应变由3.3升高到3.5;刀具磨损导致切削力和的温度-应变的增大,致使表面圆周和进给方向的残余拉应力峰值由517MPa、242MPa增大到860MPa、442MPa;表层残余压应力峰值-696MPa、-356MPa增大到-756MPa、-456MPa;残余应力层深度由72μm增大到85μm.     

PCBN刀具切削高温合金切削力试验分析

近些年来,航空制造业的巨大进步推动了高温合金,特别是镍基高温合金的高速发展。高温合金材料的难加工问题是目前制造业的难点,其在切削过程中存在切削力大、切削温度高等现象,直接影响到工件加工表面质量和刀具使用寿命等,因此对切削力进行测量和分析是研究高温合金切削加工的有效途径。探究PCBN刀具切削高温合金切削力变化规律,首先阐述高温合金的材料特性及加工特点;其次设计并进行单因素和正交试验,探讨负倒棱对切削力的作用和影响规律,建立切削高温合金切削力预测模型;最后实现预测模型的优化,并与试验数据对比验证,为高温合金工艺参数优化起到参考和借鉴作用。     

高速切削GH4169高温合金时的残留变形及切削力仿真

应用ABAQUS有限元分析软件建立了高速切削镍基高温合金GH4169的二维切削仿真模型,对切削过程进行了模拟,获得了切削过程中的应力变化及分布情况、切削速度和切削深度对切出端应力分布、残留变形及切削力的影响。研究结果表明:在切削过程不同的切削阶段中第一变形区的最大等效应力大小总体变化不大;切削速度对工件切出端应力分布的影响不大,切削深度增大使得较大应力分布面积明显增大;刀具切出工件后在工件切出端处会形成塑性延伸变形,塑性延伸长度在切削速度较低时较大,而在切削速度较大时较小且变化不大,塑性延伸长度随着切削深度的增加而增加;切削分力F_x随切削速度和深度的增大而增大,F_y随切削深度的增加而有所增大,但切削速度对F_y的影响较小。切削深度对F_x的影响较切削速度更大。     

陶瓷刀具在发动机鼓筒零件加工中的应用

我国自主研制的新型飞机发动机中,鼓筒是发动机高速旋转的关键零件,其结构、形状较为复杂,精度要求高.零件的工作环境非常恶劣,选用材料均为镍基高温合金GH4169,在切削加工时,切削负荷重、切削温度高、加工硬化现象严重、切削加工性能低,因此加工效率较低,严重影响零件的周转与交付进度.     

固溶处理GH4169合金的高温变形行为

对GH4169合金进行了固溶温度为1233,1253,1273,1293K,保温时间为30～60min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1123～1288K,应变速率为0.1～10.0s-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。     

GH4169合金疲劳裂纹扩展性能的试验研究

本研究中对GH4169高温合金的疲劳裂纹扩展性能进行了试验研究。主要进行了400℃～600℃范围内的疲劳裂纹扩展试验．其中对GH4169环形锻件进行了室温下的疲劳裂纹扩展试验。结果表明，在400℃-600℃范围内，温度对GH4169高温合金疲劳裂纹扩展性能的影响很小，随温度上升，裂纹扩展速率稍有加快；优质成分对GH4169高温合金的疲劳裂纹扩展性能几乎没有影响，在相同温度下，YZGH4169与GH4169的疲劳裂纹扩展速率几乎一样；材料品种对YSGH4169高温合金的疲劳裂纹扩展性能有一定影响，YSGH4169锻件比棒材的疲劳裂纹扩展性能要好一些。     

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。     

GH4169高温合金多层板结构的激光连接/超塑成形组合技术

采用激光连接/超塑成形组合技术制造了GH4169合金三层板结构件,并分析了该合金板的超塑性及成形前后的微观组织.结果表明:超细晶GH4169板材具有良好的超塑性,在T=940℃,初始应变速率为=6.1×10-4s-1的条件下,延伸率达到368.2%,m值为0.39,超塑成形过程改善了焊缝显微组织并且提高了其力学性能,因此该方法适用于GH4169高温合金多层结构的制造.焊接工艺参数:频率32Hz,峰值功率4500W,脉宽3ms,焊速180mm/min;超塑成形工艺参数:温度Tf=960℃,压力Pf=4.2MPa,时间tf=130min.     

镍基高温合金电火花辅助电弧高效铣削技术

镍基高温合金因具有独特的物理化学性能，在航空、航天和军事工业等领域得到了广泛应用。然而，国内外常用的镍基高温合金机械铣削方法存在着材料去除率低、成本高和刀具损耗大等问题。尤其用其加工航空航天领域的整体叶盘、涡轮盘、机匣、航天器连接框和航天器返回舱体等零件时，上述问题更加突出。针对这些问题，开展了镍基高温合金电火花辅助电弧高效铣削技术的研究工作。采用高纯石墨工具电极内冲液、外冲气的工作介质冲注方式，使用自行研制的电火花辅助电弧高效铣削数控机床，试验研究了不同工艺参数对加工镍基高温合金GH4169的材料去除率、电极相对损耗率、加工误差等工艺性能的影响关系，揭示了工件加工表面的微观结构特性。试验结果表明，加工镍基高温合金GH4169的材料去除率达11 523 mm³/min,电极相对损耗率约为1.5%,加工成本远低于机械铣削。