【摘要】：GH625高溫合金變徑管是航空航天發(fā)動機(jī)管路系統(tǒng)的重要部件,主要應(yīng)用于發(fā)動機(jī)導(dǎo)向葉片內(nèi)的導(dǎo)管中。目前,常采用的成形方式是將不同管徑的GH625管坯焊接而成。因此,在高溫服役環(huán)境下,易發(fā)生變形和開裂,從而降低使用壽命。利用多道次縮徑旋壓成形技術(shù)進(jìn)行GH625高溫合金變徑管的成形,可實(shí)現(xiàn)變徑管的整體成形,提高零件的使用壽命。對于多道次縮徑旋壓成形,影響旋壓成形過程的因素眾多,不同工藝參數(shù)對變徑管加工時尺寸精度的影響規(guī)律不同,所以需要對多道次縮徑旋壓成形工藝進(jìn)行探索。又因?yàn)樽儚焦芄ぷ鳝h(huán)境溫度高,考慮材料在高溫下應(yīng)具備良好的組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能以及蠕變疲勞性能,因此也需要對旋壓后的變徑管組織及性能進(jìn)行深入研究。本文利用有限元分析軟件ABAQUS對GH625高溫合金變徑管多道次縮徑旋壓成形工藝參數(shù)進(jìn)行了研究,主要研究的工藝參數(shù)有旋輪進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速、旋輪圓角半徑及壓下量等�；跀�(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了多道次縮徑旋壓成形試驗(yàn),并對成形后的制件進(jìn)行了固溶處理研究。本文研究內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)根據(jù)縮徑旋壓成形原理,選擇了GH625高溫合金管多道次縮徑旋壓工藝參數(shù),并對旋壓成形的工裝進(jìn)行了設(shè)計(jì),為后續(xù)模擬及實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。(2)在數(shù)值模擬中,研究了不同工藝參數(shù)對變徑管壁厚及直徑的影響規(guī)律,結(jié)果表明:第一道次管坯壁厚隨旋壓進(jìn)給量、主軸轉(zhuǎn)速、旋輪圓角半徑的增大而增大,而最終道次管坯壁厚隨旋壓各參數(shù)的增大而減小。隨著旋壓進(jìn)給量和主軸轉(zhuǎn)速的增大,第一道次和最終道次成形件內(nèi)徑擴(kuò)徑量逐漸減小。隨著旋輪圓角半徑的增大,第一道次內(nèi)徑擴(kuò)徑量變化趨勢不大,最終道次內(nèi)徑擴(kuò)徑量逐漸增大。為避免內(nèi)徑擴(kuò)徑嚴(yán)重,使得壁厚滿足要求,第一道次應(yīng)取較大壓下量,最終道次應(yīng)取較小壓下量。(3)通過實(shí)驗(yàn)分析了旋輪進(jìn)給量和主軸轉(zhuǎn)速對旋壓件內(nèi)外表面質(zhì)量的影響。并基于模擬結(jié)果對GH625高溫合金管進(jìn)行了多道次縮徑旋壓成形試驗(yàn),驗(yàn)證了模擬的可靠性,獲得了兩段管和三段管成形的最終工藝參數(shù)。(4)經(jīng)縮徑旋壓成形后,變形區(qū)晶粒軸向拉長,橫向內(nèi)側(cè)晶粒細(xì)化,外側(cè)晶粒拉長且發(fā)生扭轉(zhuǎn)。在980℃固溶處理后,GH625變徑管不同區(qū)域晶粒的晶粒度在7到8級之間,材料的抗拉強(qiáng)度大于950 MPa,延伸率大于45%。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG306
【圖文】：

高溫合金簡介及研究現(xiàn)狀 高溫合金簡介是指以鐵、鎳、鈷為基，在溫度高達(dá)600 ℃以上的環(huán)境下和一定的新型航空航天金屬材料，具備良好的綜合性能[1,2]。隨著高溫合金制金成為航空航天、能源、燃?xì)廨啓C(jī)等行業(yè)關(guān)鍵部分不可或缺的材料相比，鎳基合金的使用更為廣泛。目前，發(fā)動機(jī)中的高溫合金部件合金材料約40%[3]。固溶強(qiáng)化型鎳基高溫合金，所含主要的強(qiáng)化元素有鉬和鈮，溫度低化性能、耐蝕性及高溫持久性能，在低溫到950 ℃時具有較好的拉伸用于航空航天發(fā)動機(jī)的燃油和液壓管道、核水反應(yīng)器的反應(yīng)核和控以及海水蒸餾塔等重要系統(tǒng)中[4-6]。隨著合金應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，不同同，所以在GH625高溫合金的基礎(chǔ)上對成分進(jìn)行改變又衍生出了其1所示[7]。

高溫合金管的使用形式不僅僅是單一截面的回轉(zhuǎn)體管件，其產(chǎn)品形式復(fù)雜截面管。625 合金變徑管的成形工藝管的成形工藝主要有焊接、擠壓成形、液壓成形、電磁成形及旋壓成形等。成形：GH625 合金具有杰出的熱成形性能及焊接性能，所以其焊接工藝的發(fā)的焊接方式有釬焊、等離子弧焊、氬弧焊及激光焊等[22]。變徑管的焊接成形的板材焊接而成，或是將不同直徑的圓截面管材拼焊而成。焊接可獲得尺寸，但焊接的變徑管焊縫區(qū)域易出現(xiàn)氣孔、夾渣、晶粒粗大及組織分布不均勻在使用過程中的承載能力降低或產(chǎn)生變形，從而降低使用壽命。成形：變徑管的擠壓成形是指將金屬坯料放入一定形狀的凹模中，通過凸模力，使凸模擠進(jìn)金屬坯料中，金屬內(nèi)部形成中空，材料沿凸模與凹模間隙流凹模內(nèi)壁壓力的作用下，填滿整個凹模內(nèi)腔，從而獲得所需的變徑管[23]。變程如圖 1.2 所示[24]。采用擠壓技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)管坯的局部縮徑成形，成形件機(jī)致密，適用于中、厚壁管件的成形，但加工成本高且周期長。

圖 1. 3 變徑管的液壓成形工藝過程：(a) 液壓成形前；(b) 液壓成形后電磁成形：管材電磁成形的特點(diǎn)是通過金屬管坯與驅(qū)動線圈之間的磁場力使材料發(fā)生塑性變形[27]。磁場力主要是通過脈沖電容器放電產(chǎn)生。管材電磁成形如圖 1.4 所示。電磁成形可提升管坯的成形極限，模具簡單，無需潤滑和清理，但是目前電磁成形裝置的能量太小，不利于高電阻率合金材料及難變形材料的成形，并且其工藝參數(shù)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜[28,29]。圖 1. 4 管材電磁成形的示意圖：(a) 管材電磁縮徑；(b) 管材電磁脹形旋壓成形：管材旋壓是指通過旋壓工具對旋轉(zhuǎn)的管坯施加壓力，使管坯產(chǎn)生連續(xù)局部塑性變形，從而獲得所需形狀的管件[30]。旋壓成形時，先通過夾具把管坯固定在主軸或芯模上，管

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本文編號：2746116