【摘要】：隨著宇航發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的逐漸成熟,飛機(jī)的性能不斷提高,傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)用材料開始難以滿足對耐受更高溫度的需求,而GH720Li合金是一種新型時(shí)效強(qiáng)化型變形高溫合金。與傳統(tǒng)變形鎳基高溫合金相比,GH720Li合金的使用溫度可達(dá)到750℃,因此是極具潛力的耐高溫宇航用結(jié)構(gòu)材料,可廣泛應(yīng)用于新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤中。但是由于合金化嚴(yán)重,增強(qiáng)相數(shù)量較多,GH720Li合金塑性加工能力較差,熱變形過程很容易開裂。開坯是一種改善組織提高熱加工塑性的重要方法,開坯可以打碎組織內(nèi)粗大的鑄造枝晶組織,細(xì)化晶粒,使組織分布更加均勻,同時(shí)也可以消除鑄錠內(nèi)部的空洞、縮松、夾雜等缺陷,使材料性能更加穩(wěn)定。因此有必要對此合金開坯過程進(jìn)行研究,探究其高溫條件下變形行為。本文對GH720Li合金鑄錠不同部位進(jìn)行取樣,在溫度為1080~1180℃,應(yīng)變速率為0.01~10s-1范圍內(nèi)進(jìn)行熱壓縮模擬試驗(yàn),揭示工藝參數(shù)對流變應(yīng)力的影響規(guī)律,通過引入加工硬化指數(shù),建立動(dòng)態(tài)再結(jié)晶臨界發(fā)生模型、動(dòng)力學(xué)模型和晶粒長大模型。闡明初始組織、應(yīng)變速率(e)、溫度(T)對力學(xué)特征和顯微組織演化的影響規(guī)律,發(fā)現(xiàn)T升高和e降低會(huì)使峰值應(yīng)力和穩(wěn)態(tài)應(yīng)力下降,同時(shí)也會(huì)造成晶粒尺寸變大。而初始晶粒尺寸對穩(wěn)態(tài)應(yīng)力影響不大。當(dāng)溫度超過1140℃時(shí),晶粒開始顯著長大,并發(fā)生二次再結(jié)晶。溫度升高會(huì)使尺寸較小的增強(qiáng)相發(fā)生回溶,尺寸較大的相任保留在組織中。以動(dòng)態(tài)材料模型和失穩(wěn)判據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)建三維熱加工圖,發(fā)現(xiàn)應(yīng)變速率敏感因子不但受到溫度影響較大,而且隨著應(yīng)變速率的增大而先增大后減小,分析了熱加工圖的失穩(wěn)、安全、高低功率耗散區(qū)域,優(yōu)化熱加工參數(shù),選擇避免缺陷。晶粒尺寸細(xì)小,組織均勻的熱加工區(qū)域?yàn)?120-1130℃/0.01-0.1s-1。運(yùn)用有限元模擬技術(shù)模擬不同砧型和三種重要拔長工藝參數(shù)條件下的開坯過程,分析工藝參數(shù)和砧型對應(yīng)力、應(yīng)變場、溫度場、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)和開裂的影響規(guī)律,確定優(yōu)化工藝參數(shù)為壓下量為50mm,進(jìn)給量為100mm,下壓速度為30mm/s。并進(jìn)行了實(shí)際的開坯工藝試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)組織分布勻稱,晶粒尺寸細(xì)小,原始鑄態(tài)組織已經(jīng)全部消失,鑄造的空洞等缺陷也基本消除,坯料的鍛透性良好,表面無開裂裂紋。開坯試驗(yàn)結(jié)果有效地驗(yàn)證了數(shù)值模擬工藝參數(shù)優(yōu)化的準(zhǔn)確性和可靠性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG132.3
【圖文】：

圖 1-1 GH720Li 的平衡相及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)：(a)較低倍數(shù); (b)較高倍數(shù)[3]1.3.2 GH720Li 合金研究現(xiàn)狀目前，關(guān)于GH720Li合金熱處理組織演變的研究中，劍橋大學(xué)Jackson等[11]對不同熱處理工藝參數(shù)下材料的組織進(jìn)行分析，系統(tǒng)的闡述了γ′增強(qiáng)相溶解和析出動(dòng)力學(xué)。韓國材料研究院Y.S. Na等[12]研究了GH720Li合金在不同熱處理制度下一次γ′強(qiáng)化相的形態(tài)及沉淀機(jī)制。曼徹斯特大學(xué)E.M. Francis等[13]用中子衍射試驗(yàn)研究沉淀相γ′的尺寸對變形行為的影響，發(fā)現(xiàn)γ和γ′相在晶粒尺寸相對細(xì)小的γ′相顯微組織中共同變形，而在晶粒尺寸粗大的γ′相組織中幾乎不發(fā)生變形。有關(guān)GH720Li熱變形和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為(DRX)的研究中，法國巴黎高等礦業(yè)學(xué)校的Bozzolo等[14]研究了合金塑性變形過程中DRX對晶界結(jié)構(gòu)的影響，印度國防冶金實(shí)驗(yàn)室Gopinath[15]認(rèn)為合金在溫度為1125℃以上塑性變形時(shí)，軟化機(jī)制以再結(jié)晶為主，Bi等[16]則建立了有限元模型，用數(shù)值模擬的方法模擬了GH720Li合金的高溫塑性變形行為。Yu等[17]對GH720Li合金試樣在溫度區(qū)間為1070-1190℃內(nèi)進(jìn)行熱壓

圖 1-2 動(dòng)態(tài)回復(fù)型與再結(jié)晶型應(yīng)力曲線型曲線一般分為三個(gè)進(jìn)程：微應(yīng)變、均勻變形和穩(wěn)態(tài)流應(yīng)力隨應(yīng)變量的小幅度增長而迅速增長，加工硬化現(xiàn)象變形發(fā)生時(shí)，組織內(nèi)的位錯(cuò)密度逐漸的增長，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)生位錯(cuò)塞積、纏結(jié)等障礙，限制了位錯(cuò)的更深入的運(yùn)動(dòng)。在第二階段，曲線斜率逐漸下降，金屬材料發(fā)生均勻發(fā)生，表現(xiàn)為出現(xiàn)某些亞結(jié)構(gòu)的變化，逐漸增強(qiáng)的軟化硬化產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，使曲線的斜率下降并最終趨于水在穩(wěn)態(tài)變形階段，由塑性形變產(chǎn)生的加工硬化與動(dòng)態(tài)回力不再繼續(xù)增大，曲線維持在水平狀態(tài)，此時(shí)的飽和應(yīng)。結(jié)晶型曲線也可以分為三個(gè)階段，分別為：動(dòng)態(tài)回復(fù)、段[27]。第一階段與動(dòng)態(tài)回復(fù)型曲線的微應(yīng)變階段大致一地位，但是在此階段就已經(jīng)發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)并軟化作用不

圖 1-3 零件生產(chǎn)過程一般流程何形狀，開坯鍛件一般可以分為軸類、板類和餅以分為擠壓開坯、扎制開坯、自由鍛開坯及復(fù)合料受到三向壓應(yīng)力的狀態(tài)，因此可以很好的提高很大，可以有效的打碎原始粗大鑄態(tài)晶粒，形成后的材料的塑性加工型大幅度提高。但是需要注力雖然有利于變形，但是會(huì)使載荷迅速增大，因制[34]。并且，擠壓塑性變形過程中會(huì)使材料內(nèi)部部熔化、過燒等缺陷，同時(shí)劇烈摩擦產(chǎn)生的高溫降低。是高溫合金鑄錠開坯的有效手段，其中，合金鑄開坯。相對于自由鍛的三向應(yīng)變，只需要平面應(yīng)較低。通過及時(shí)控制變形過程中裂紋的產(chǎn)生，可過程中沿著橫截面分布的變形組織均勻性得到明

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2780026