Inconel 625合金大型厚壁管挤压变形宏微观规律研究

发布时间：2018-11-19 14:29

【摘要】：Inconel 625合金在高温下具有优异的强度、耐蚀性和抗疲劳性能,其大型热挤压厚壁管在火电核电、石油化工等重要工业领域具有越来越广泛的应用。然而,该合金热变形组织演化复杂,对应变速率、变形温度和变形程度十分敏感;而且,高温合金管材变形抗力大、挤压速度快、挤压温度高,坯料和模具之间的温度梯度大,挤压参数对管材的宏微观变形行为存在复杂的热力耦合作用。因此,研究揭示关键挤压参数对Inconel 625大型厚壁管热挤压宏微观变形行为的影响规律,确定关键挤压参数的合理取值范围是实现管材成形质量稳健控制的迫切需求和面临的挑战。为此,本文以Inconel 625大型厚壁管为研究对象,建立了其挤压成形宏微观有限元模型,并基于该模型对管材宏观参量演化规律、动态再结晶组织演化规律、挤压成形极限和参数优化进行了系统深入的研究,主要研究内容和结果如下:针对Inconel 625高温合金大型厚壁管热挤压过程,解决了边界条件处理,网格划分,挤压垫刚性化处理等建模关键问题,建立了基于DEFORM的宏微观有限元模型,通过实验对有限元模型的可靠性进行了验证,从而使得系统研究难变形高温合金大型厚壁管的宏微观变形规律成为可能。基于建立的有限元模型,研究揭示了Inconel 625大型厚壁管稳态挤压成形阶段出口温度的变化规律和关键影响因素。发现由于坯料和挤压模之间的摩擦热及其与挤压针之间的热传导的耦合作用,沿管材的壁厚方向存在一个等温层,其内外侧出口温度在挤压过程中分别呈下降和升高趋势。随着坯料初始温度升高、挤压速度增加或摩擦增大,出口温度均匀性呈先增加后降低的变化规律;增加挤压比能够提高出口温度的均匀性;凹模半角对出口温度均匀性的影响不明显。探明了Inconel 625大型厚壁管热挤压过程动态再结晶演变特征和挤压参数对稳态挤压阶段管材晶粒尺寸平均值及分布均匀性的影响规律,发现随着坯料初始温度的升高或挤压速度的增加,稳态挤压阶段管材平均晶粒尺寸先减小后增大,增大挤压比能显著减小管材平均晶粒尺寸,而凹模半角和摩擦对管材平均晶粒尺寸的影响不明显。随着坯料初始温度、挤压速度或摩擦的增加,管材晶粒尺寸分布均匀性呈先增加后降低的趋势,增大挤压比能显著提高管材晶粒尺寸分布均匀性。挤压参数对稳态挤压阶段管材晶粒尺寸平均值及分布均匀性的影响显著性显著顺序为:挤压比坯料初始温度挤压速度。提出了一种将响应面法与枚举法相结合,确定管材挤压多约束、多参数耦合作用下成形极限的方法,并以最大挤压力F_(max)250MN、最高变形温度T_(max)1240℃和管材平均晶粒尺寸大于7级(davg28.3μm)为约束条件,确定了坯料初始温度T0、挤压速度v和挤压比λ三个关键挤压参数的合理取值范围,并给出挤压成形极限图。另外,基于建立的挤压成形参数-成形质量指标响应面模型,在上述成形参数的极限范围内确定了多约束下使得管材晶粒尺寸分布均匀的挤压参数优化组合。
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【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG379

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