無錫國勁合金*銷售汽車、核火電站、石油化工、造船等行業(yè)用圓鋼、鍛件、鍛環(huán)等產(chǎn)品。
21-4NWNb合金粉末的選區(qū)激光熔化成形是當(dāng)今快速成型制造領(lǐng)域的重點(diǎn)研究對(duì)象,目前該領(lǐng)域已經(jīng)在國家和生物醫(yī)療等領(lǐng)域重點(diǎn)應(yīng)用,但是成形過程激光與粉末反應(yīng)劇烈,容易形成較大的溫度梯度,引起熱應(yīng)力,從而形成缺陷影響成形件質(zhì)量。因此,探究高溫合金粉末成形機(jī)理,分析溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律,對(duì)高溫合金粉末成形工藝有重要指導(dǎo)意義。本文利用有限元模擬軟件,建立三維瞬態(tài)有限元模型,將激光熱源近似為高斯分布,考慮相變潛熱與材料非線性問題,設(shè)計(jì)生死單元和參數(shù)化語言命令流,實(shí)現(xiàn)鎳基高溫合金成形過程的溫度場(chǎng)模擬與應(yīng)力場(chǎng)模擬。主要對(duì)單道掃描、單層掃描、塊體成形的溫度場(chǎng)進(jìn)行了分析,著重研究了掃描過程中的溫度分布、掃描線變向轉(zhuǎn)接處的溫度分布和整個(gè)時(shí)間歷程上的溫度分布情況。討論了掃描速度和激光功率對(duì)溫度場(chǎng)影響,熔池尺寸隨著激光功率的增加而增大,瞬時(shí)高溫度隨著掃描速度的減小而增大,熔池前端的溫度梯度較大。選出了合適的工藝參數(shù),并探討了導(dǎo)致溫度變化和溫度梯度的原因。在溫度場(chǎng)模擬的基礎(chǔ)上,分析了應(yīng)力場(chǎng)分布的變化規(guī)律,主要針對(duì)過程中的應(yīng)力分布、掃描線變向轉(zhuǎn)接處的應(yīng)力分布和冷卻到室溫的應(yīng)力分布進(jìn)行了分析。在成形件表面主要以拉應(yīng)力為主,基板上主要以壓應(yīng)力為主。掃描過程中應(yīng)力集中主要發(fā)生在掃描線之間與掃描線變向轉(zhuǎn)接處,冷卻到室溫時(shí)殘余應(yīng)力以拉應(yīng)力為主,集中在成形件邊界和四角上,在掃描線變向轉(zhuǎn)接處出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力,等效應(yīng)力主要集中在成形件四角和邊界上,這些應(yīng)力是造成翹曲與裂紋的主要原因。利用模擬結(jié)果進(jìn)行合金粉末的成形試驗(yàn),成功驗(yàn)證了模擬的可靠性,并制造出致密度良好的塊體成形件。后對(duì)成形過程的影響因素和成形過程容易產(chǎn)生的缺陷進(jìn)行了分析,有限元模擬在缺陷形成上的預(yù)測(cè)較為成功。
鎳基高溫合金GH4169熱模擬壓縮實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:變形溫度的升高和應(yīng)變速率的減小使該合金高溫變形時(shí)的峰值應(yīng)力和穩(wěn)態(tài)應(yīng)力顯著降低,變形溫度會(huì)影響其進(jìn)入穩(wěn)態(tài)變形時(shí)變形程度的大小.基于高溫合金GH4169高溫變形時(shí)的流動(dòng)應(yīng)力特征,運(yùn)用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論建立了該合金高溫變形時(shí)的流動(dòng)應(yīng)力模型.計(jì)算與實(shí)驗(yàn)的流動(dòng)應(yīng)力的大誤差為10.18%,平均誤差為2.11%,該模型的計(jì)算精度明顯高于由回歸法建立的高溫合金GH4169高溫變形時(shí)的流動(dòng)應(yīng)力模型。
固溶處理對(duì)GH4169合金微觀組織的影響,探討了晶粒長大規(guī)律。通過熱模擬試驗(yàn),系統(tǒng)地研究了固溶淬火態(tài)GH4169合金的高溫壓縮變形行為,得出了流變應(yīng)力與熱變形參數(shù)之間的關(guān)系方程;采用金相、EBSD和TEM等分析手段,探討了GH4169合金在高溫變形過程中的微觀組織演化規(guī)律,分析了熱變形參數(shù)對(duì)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)的影響,同時(shí),重點(diǎn)研究了預(yù)析出δ相對(duì)GH4169合金壓縮變形行為的影響。對(duì)不同固溶處理?xiàng)l件下GH4169合金的微觀組織觀察結(jié)果表明,隨著固溶溫度的升高,δ相的數(shù)量逐漸減少并由短棒狀向顆粒狀轉(zhuǎn)變,其*溶解溫度范圍為1000~1050℃;合金的晶粒尺寸隨固溶溫度的升高和保溫時(shí)間的延長而增大。低于δ相溶解溫度固溶處理,δ相的存在會(huì)抑制晶粒長大,高于δ相溶解溫度固溶處理,晶粒尺寸隨固溶溫度的升高快速長大。硬度測(cè)試結(jié)果表明,材料的硬度隨固溶溫度的升高和保溫時(shí)間的延長而降低,硬度值與晶粒尺寸的關(guān)系符合H-P公式。對(duì)1100℃固溶淬火態(tài)GH4169合金的熱模擬試驗(yàn)結(jié)果表明,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是GH4169合金高溫壓縮變形過程中的重要軟化機(jī)制;通過回歸方法得到的該固溶淬火態(tài)GH4169合金的熱變形激活能為472kJ/mol,壓縮變形過程中流變應(yīng)力與熱變形參數(shù)之間的關(guān)系可用以下方程來描述:對(duì)GH4169合金熱模擬試樣的微觀組織分析表明,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的體積份數(shù)隨變形溫度的升高和應(yīng)變速率的降低而增大,變形量的增加有助于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程趨于*。研究發(fā)現(xiàn),在實(shí)驗(yàn)變形條件范圍內(nèi),固溶處理殘余的δ相使GH4169合金高溫變形的峰值應(yīng)力降低。殘余δ相含量為3.9%時(shí),材料的熱變形激活能減少至381kJ/mol。微觀組織分析表明,在相同的變形條件下,固溶處理殘余的δ相促進(jìn)了GH4169合金動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程的進(jìn)行。
*時(shí)效對(duì)GH4169合金的顯微組織和動(dòng)態(tài)拉伸性能及變形行為的影響規(guī)律及機(jī)制.結(jié)果表明,應(yīng)變速率為101—102 s-1時(shí),合金強(qiáng)度受時(shí)效時(shí)間影響顯著,斷裂延伸率隨時(shí)效時(shí)間的延長呈降低趨勢(shì),在時(shí)效500 h后基本保持不變;高應(yīng)變速率(103 s-1)條件下,*時(shí)效對(duì)合金強(qiáng)度無明顯影響,而斷裂延伸率受時(shí)效時(shí)間的影響顯著,*時(shí)效造成的合金塑性劣化現(xiàn)象提前發(fā)生.高應(yīng)變速率變形過程中,位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受阻來不及釋放,在時(shí)效0—1000 h范圍內(nèi),合金未出現(xiàn)強(qiáng)化相峰值尺寸效應(yīng),強(qiáng)度受時(shí)效時(shí)間的影響并不明顯.*時(shí)效后GH4169合金晶界δ相附近無析出帶的產(chǎn)生,導(dǎo)致動(dòng)態(tài)載荷下晶界塑性變形的協(xié)調(diào)能力降低,應(yīng)變速率為103 s-1時(shí),合金塑性在短時(shí)間時(shí)效后迅速下降。
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