异种合金包覆挤压过程材料的流动行为及应力分析-西北有色金属研究院.pdf

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异种合金包覆挤压过程材料的流动行为及应力分析-西北有色金属研究院

第45 卷 第10 期 稀有金属材料与工程 Vol.45, No. 10 2016 年 10 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING October 2016 异种合金包覆挤压过程材料的流动行为及应力分析 1 2 1 1 杨艳慧 ,赵兴东 , 朱兴林 ,刘 东 ( 1. 西北工业大学,陕西 西安 710072) (2. 沈阳黎明航空发动机 (集团)有限责任公司,辽宁 沈阳 110043) 摘 要:对异种合金包覆热挤压过程中材料的流动行为进行了模拟研究和工艺试验验证。结果表明,根据模拟分析得 到的挤压力-行程曲线,并结合芯料和包覆材料流动特点,可将异种合金包覆挤压过程划分若干阶段;其中,芯料稳态 挤出阶段得到的芯料直径和长度决定了包覆挤压时芯料棒材挤压比和成材率;对芯料稳态变形阶段内芯料和包覆材料 典型部位进行应力分析,绘制了典型部位的应力状态矢量图,并采用罗德系数对变形区内两材料的应变类型和变形的 复杂程度进行了定量表征;提出了异种合金包覆挤压棒材挤压比计算方法;进一步分析讨论了材料屈服应力对材料流 动及挤压比的影响规律;与工艺试验结果对比发现,模拟得到的挤压棒材包覆层厚度与试验结果吻合良好。 关键词:异种合金;包覆挤压;流动行为;挤压比;罗德系数 中图法分类号:TG 132.32 文献标识码:A 文章编号:1002- 185X(2016) 10-2710-07 [11] 粉末高温合金具有组织均匀、无宏观偏析、合金化 工艺为热挤压工艺。王淑云等 也通过对比FGH96 合 程度高、屈服强度高和疲劳性能好等优点,是制造高性 金反复镦拔与挤压变形后的夹杂缺陷发现,增加挤压变 [1,2] 能航空发动机涡轮盘等转动部件的关键材料 。但其 形工艺后,等温锻造盘件的夹杂缺陷粒度减小,探伤水 [3-5] 独特的制备工艺也带来了不可避免的缺陷 ,包括原 平有明显提高;并且,增大挤压比有利于破碎合金中非 始颗粒边界(Prior Particle Boundary ,PPB )、热诱导孔 金属夹杂物缺陷,细化合金晶粒,进一步提高锻件探伤 洞(Thermal Induced Pole ,TIP )和夹杂(Inclusion )。 水平。 大量研究表明,通过工艺控制,可有效减弱和消除PPB 近年来,随着国内设备条件有所改善,应用挤压 和 TIP 缺陷[2,4,6,7] ;但受目前粉末高温合金制备工艺所 变形工艺成形大尺寸粉末高温合金棒坯已然成为可 限,还未发现有效方法能够完全去除夹杂尤其是非金属 能,但目前国内关于粉末合金挤压技术理论基础仍然 夹杂缺陷。目前,粉末高温合金中非金属夹杂缺陷数量、 很薄弱[12- 14] 。尤其是对异种合金包覆热挤压这种多层 尺寸和位置是影响粉末盘使用安全性和可靠性的重要 金属复合挤压过程中的材料流动行为和力学机理尚缺 因素。从目前研究和实践取得的成果看,一方面,通过 乏深入研究。因此,本实验应用有限元数值模拟对异 降低粉末的使用粒度控制夹杂尺寸是简单、实用和有效 种合金包

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