GH738高温合金螺栓热镦工艺数值模拟研究
发布时间：2021-04-16 04:37
高温合金是航空、航天和核工业中重要的结构材料,以其优异的高温力学性能,被广泛用于制造航空发动机的各类部件。高温合金螺栓类紧固件成形主要分为两部分:螺栓头部的热镦成形和螺纹部分的滚压加工。热镦成形是指将坯料加热到一定温度,然后再进行镦锻的一种加工方式。紧固件经热镦成形后,力学性能优异,金属流线完整且沿产品外形分布,综合性能好,疲劳强度高。GH738合金属于典型的难变形高温合金,合金的机械性能对加工工艺非常敏感。加工过程若控制不得当,会产生混晶和粗晶,影响合金产品的疲劳性能、使用周期、缺口敏感性和冲击韧性等。因此,GH738合金热变形过程的参数制定和相关组织性能的控制一直是研究的重点和热点。加热过程中,晶粒组织结构会发生长大或变粗,影响后续热变形的性能控制。因此,热变形和加热过程的晶粒度必须严格合理地控制,这也是制定一个GH738合金热变形工艺的关键。本课题进行了GH738合金在温度为1000～1160℃,应变速率为0.01～10s-1范围内的热压缩模拟试验,阐明了工艺参数对流变应力的影响规律,通过引入加工硬化指数,建立动态再结晶临界发生模型。揭示了应变速率（?（5））和温度（T）对力学特...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
航空发动机用高温合金材料发展趋势[9]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-8-图1-2动态回复型与再结晶型应力曲线[14]动态回复型曲线一般分为：微应变、均匀变形和稳态流变三个过程[15]。在第一阶段，随应变量的微小增加，应力在短时间内迅速增大，显著的加工硬化现象开始出现。其主要原因为，塑性变形的发生增大了组织内的位错密度，位错运动相互干涉，限制其运动从而引起的变形抗力增加。第二阶段，金属塑性变形程度逐渐均匀，曲线斜率持续减小，动态回复开始发生，软化效应逐渐增强，加工硬化残余的部分应力被抵消。第三阶段，曲线斜率趋于水平，应变继续增加带来的加工硬化与动态回复产生的软化达到相对平衡，流动应力停止增大。动态再结晶型曲线包括三部分，动态回复、动态再结晶和稳态变形阶段[16]。第一阶段曲线斜率先增大，而后缓慢减小，与动态回复型曲线大体一致，第一部分的曲线变化加工硬化仍然占主导地位。不同的是，动态回复在此阶段已经发生，并导致软化作用的不断增强。在第二阶段，曲线先增加后下降，随着应变的不断增大，当达到临界应变值(c，动态再结晶开始发生[17]。动态再结晶导致的软化作用逐渐增强，直至超过变形导致的加工硬化作用。在第三阶段中，动态再结晶已基本完成，新晶粒开始形核、长大，加工硬化作用加剧，与流动应力软化作用相对平衡，曲线又恢复平稳。1.4.2流动应力软化现象研究国内外学者也普遍对流动应力软化现象展开了分析。加拿大的Poliakt[18]等人最早引入加工硬化率()的指标，分析305奥氏体不锈钢的高温塑性变形动力学理论，研究表明，当储存能达到临界值并且耗散效率最小时，动态再结晶才能发生。宋鸿武等人[19]对钛合金两相变形区高温变形进行分析，发现霍尔佩奇效应减
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-1.6有限元法在螺栓热镦模拟中的应用1.6.1有限元法随着计算机技术的发展，计算机辅助设计与制造被越来越多的应用在工程领域中。其中，有限元法是一种常用的计算机数值模拟方法。有限元法的基本原理是将目标问题的数学表达离散化，将整个系统分解，得到若干易于统计的单元，然后用这些单元重构系统，以研究系统的变化和性能[31]。有限元法一般分为刚塑性和弹塑性有限元法。刚塑性有限元法适合计算大变形量问题，基于变分原理思想，遵循体积不变原则，不把材料塑性变形时的弹性畸变考虑在内。弹塑性有限元法分为小变形弹塑性有限元法和大变形弹塑性有限元法，根据研究对象的不同，小变形弹塑性有限元法用小变形量计算大变形问题，大变形弹塑性有限元法用拉格朗日乘子法求解。弹塑性有限元法求解节点位移增量的理论基础分别为，材料弹性变形区的胡克定律，以及塑性变形区的米塞斯屈服准则[32]。目前已开发出许多功能完备，特点各异的有限元模拟软件，可以用于研究塑性加工过程。其中，DEFORM-3D软件是一款功能强大的金属变形流动模拟软件。如图1-3为工程实际问题中的有限元分析法求解步骤。图1-3工程实际问题中的有限元分析法求解步骤问题及求解域的定义：第一步根据实际工程问题对求解域的物理性质和集合区域进行近似定义。求解域离散化：第二步将已定义的求解域划分为有限单元不同大小和形状且彼此相连的离散域，常称为有限元单元网格划分。计算结果的精确度与网格划分的精细程度相关，网格划分越精细求解结果越精确，相应地计算时间越长。状态变量和控制方法的确定：第三步将问题状态变量边界条件的微分方程转化为泛函形式，以便于有限元的求解。
本文编号：3140755
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
航空发动机用高温合金材料发展趋势[9]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-8-图1-2动态回复型与再结晶型应力曲线[14]动态回复型曲线一般分为：微应变、均匀变形和稳态流变三个过程[15]。在第一阶段，随应变量的微小增加，应力在短时间内迅速增大，显著的加工硬化现象开始出现。其主要原因为，塑性变形的发生增大了组织内的位错密度，位错运动相互干涉，限制其运动从而引起的变形抗力增加。第二阶段，金属塑性变形程度逐渐均匀，曲线斜率持续减小，动态回复开始发生，软化效应逐渐增强，加工硬化残余的部分应力被抵消。第三阶段，曲线斜率趋于水平，应变继续增加带来的加工硬化与动态回复产生的软化达到相对平衡，流动应力停止增大。动态再结晶型曲线包括三部分，动态回复、动态再结晶和稳态变形阶段[16]。第一阶段曲线斜率先增大，而后缓慢减小，与动态回复型曲线大体一致，第一部分的曲线变化加工硬化仍然占主导地位。不同的是，动态回复在此阶段已经发生，并导致软化作用的不断增强。在第二阶段，曲线先增加后下降，随着应变的不断增大，当达到临界应变值(c，动态再结晶开始发生[17]。动态再结晶导致的软化作用逐渐增强，直至超过变形导致的加工硬化作用。在第三阶段中，动态再结晶已基本完成，新晶粒开始形核、长大，加工硬化作用加剧，与流动应力软化作用相对平衡，曲线又恢复平稳。1.4.2流动应力软化现象研究国内外学者也普遍对流动应力软化现象展开了分析。加拿大的Poliakt[18]等人最早引入加工硬化率()的指标，分析305奥氏体不锈钢的高温塑性变形动力学理论，研究表明，当储存能达到临界值并且耗散效率最小时，动态再结晶才能发生。宋鸿武等人[19]对钛合金两相变形区高温变形进行分析，发现霍尔佩奇效应减
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-11-1.6有限元法在螺栓热镦模拟中的应用1.6.1有限元法随着计算机技术的发展，计算机辅助设计与制造被越来越多的应用在工程领域中。其中，有限元法是一种常用的计算机数值模拟方法。有限元法的基本原理是将目标问题的数学表达离散化，将整个系统分解，得到若干易于统计的单元，然后用这些单元重构系统，以研究系统的变化和性能[31]。有限元法一般分为刚塑性和弹塑性有限元法。刚塑性有限元法适合计算大变形量问题，基于变分原理思想，遵循体积不变原则，不把材料塑性变形时的弹性畸变考虑在内。弹塑性有限元法分为小变形弹塑性有限元法和大变形弹塑性有限元法，根据研究对象的不同，小变形弹塑性有限元法用小变形量计算大变形问题，大变形弹塑性有限元法用拉格朗日乘子法求解。弹塑性有限元法求解节点位移增量的理论基础分别为，材料弹性变形区的胡克定律，以及塑性变形区的米塞斯屈服准则[32]。目前已开发出许多功能完备，特点各异的有限元模拟软件，可以用于研究塑性加工过程。其中，DEFORM-3D软件是一款功能强大的金属变形流动模拟软件。如图1-3为工程实际问题中的有限元分析法求解步骤。图1-3工程实际问题中的有限元分析法求解步骤问题及求解域的定义：第一步根据实际工程问题对求解域的物理性质和集合区域进行近似定义。求解域离散化：第二步将已定义的求解域划分为有限单元不同大小和形状且彼此相连的离散域，常称为有限元单元网格划分。计算结果的精确度与网格划分的精细程度相关，网格划分越精细求解结果越精确，相应地计算时间越长。状态变量和控制方法的确定：第三步将问题状态变量边界条件的微分方程转化为泛函形式，以便于有限元的求解。
本文编号：3140755
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