GH625高温合金管缩径旋压成形数值模拟及试验研究

发布时间：2020-07-08 04:46

【摘要】：GH625高温合金变径管是航空航天发动机管路系统的重要部件,主要应用于发动机导向叶片内的导管中。目前,常采用的成形方式是将不同管径的GH625管坯焊接而成。因此,在高温服役环境下,易发生变形和开裂,从而降低使用寿命。利用多道次缩径旋压成形技术进行GH625高温合金变径管的成形,可实现变径管的整体成形,提高零件的使用寿命。对于多道次缩径旋压成形,影响旋压成形过程的因素众多,不同工艺参数对变径管加工时尺寸精度的影响规律不同,所以需要对多道次缩径旋压成形工艺进行探索。又因为变径管工作环境温度高,考虑材料在高温下应具备良好的组织结构、力学性能以及蠕变疲劳性能,因此也需要对旋压后的变径管组织及性能进行深入研究。本文利用有限元分析软件ABAQUS对GH625高温合金变径管多道次缩径旋压成形工艺参数进行了研究,主要研究的工艺参数有旋轮进给量、主轴转速、旋轮圆角半径及压下量等。基于数值模拟结果进行了多道次缩径旋压成形试验,并对成形后的制件进行了固溶处理研究。本文研究内容及结论如下:(1)根据缩径旋压成形原理,选择了GH625高温合金管多道次缩径旋压工艺参数,并对旋压成形的工装进行了设计,为后续模拟及实验奠定了基础。(2)在数值模拟中,研究了不同工艺参数对变径管壁厚及直径的影响规律,结果表明:第一道次管坯壁厚随旋压进给量、主轴转速、旋轮圆角半径的增大而增大,而最终道次管坯壁厚随旋压各参数的增大而减小。随着旋压进给量和主轴转速的增大,第一道次和最终道次成形件内径扩径量逐渐减小。随着旋轮圆角半径的增大,第一道次内径扩径量变化趋势不大,最终道次内径扩径量逐渐增大。为避免内径扩径严重,使得壁厚满足要求,第一道次应取较大压下量,最终道次应取较小压下量。(3)通过实验分析了旋轮进给量和主轴转速对旋压件内外表面质量的影响。并基于模拟结果对GH625高温合金管进行了多道次缩径旋压成形试验,验证了模拟的可靠性,获得了两段管和三段管成形的最终工艺参数。(4)经缩径旋压成形后,变形区晶粒轴向拉长,横向内侧晶粒细化,外侧晶粒拉长且发生扭转。在980℃固溶处理后,GH625变径管不同区域晶粒的晶粒度在7到8级之间,材料的抗拉强度大于950 MPa,延伸率大于45%。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG306
【图文】：

高温合金简介及研究现状 高温合金简介是指以铁、镍、钴为基，在温度高达600 ℃以上的环境下和一定的新型航空航天金属材料，具备良好的综合性能[1,2]。随着高温合金制金成为航空航天、能源、燃气轮机等行业关键部分不可或缺的材料相比，镍基合金的使用更为广泛。目前，发动机中的高温合金部件合金材料约40%[3]。固溶强化型镍基高温合金，所含主要的强化元素有钼和铌，温度低化性能、耐蚀性及高温持久性能，在低温到950 ℃时具有较好的拉伸用于航空航天发动机的燃油和液压管道、核水反应器的反应核和控以及海水蒸馏塔等重要系统中[4-6]。随着合金应用范围的扩大，不同同，所以在GH625高温合金的基础上对成分进行改变又衍生出了其1所示[7]。

高温合金管的使用形式不仅仅是单一截面的回转体管件，其产品形式复杂截面管。625 合金变径管的成形工艺管的成形工艺主要有焊接、挤压成形、液压成形、电磁成形及旋压成形等。成形：GH625 合金具有杰出的热成形性能及焊接性能，所以其焊接工艺的发的焊接方式有钎焊、等离子弧焊、氩弧焊及激光焊等[22]。变径管的焊接成形的板材焊接而成，或是将不同直径的圆截面管材拼焊而成。焊接可获得尺寸，但焊接的变径管焊缝区域易出现气孔、夹渣、晶粒粗大及组织分布不均匀在使用过程中的承载能力降低或产生变形，从而降低使用寿命。成形：变径管的挤压成形是指将金属坯料放入一定形状的凹模中，通过凸模力，使凸模挤进金属坯料中，金属内部形成中空，材料沿凸模与凹模间隙流凹模内壁压力的作用下，填满整个凹模内腔，从而获得所需的变径管[23]。变程如图 1.2 所示[24]。采用挤压技术可以实现管坯的局部缩径成形，成形件机致密，适用于中、厚壁管件的成形，但加工成本高且周期长。

图 1. 3 变径管的液压成形工艺过程：(a) 液压成形前；(b) 液压成形后电磁成形：管材电磁成形的特点是通过金属管坯与驱动线圈之间的磁场力使材料发生塑性变形[27]。磁场力主要是通过脉冲电容器放电产生。管材电磁成形如图 1.4 所示。电磁成形可提升管坯的成形极限，模具简单，无需润滑和清理，但是目前电磁成形装置的能量太小，不利于高电阻率合金材料及难变形材料的成形，并且其工艺参数设计非常复杂[28,29]。图 1. 4 管材电磁成形的示意图：(a) 管材电磁缩径；(b) 管材电磁胀形旋压成形：管材旋压是指通过旋压工具对旋转的管坯施加压力，使管坯产生连续局部塑性变形，从而获得所需形状的管件[30]。旋压成形时，先通过夹具把管坯固定在主轴或芯模上，管

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 詹梅;石丰;邓强;马飞;陈建华;;铝合金波纹管无芯模缩径旋压成形机理与规律[J];塑性工程学报;2014年02期

2 王华君;鲁建飞;潘巧英;孙世为;;管件多道次缩径旋压过程的数值模拟与工艺分析[J];热加工工艺;2013年13期

3 郑伟龙;张治民;庄泉涌;郑学炜;;变径管温挤压成形工艺数值模拟研究[J];热加工工艺;2013年09期

4 方旭东;韩德培;李阳;;热处理对GH625合金热挤压管材组织及力学性能的影响[J];热加工工艺;2013年08期

5 王会阳;安云岐;李承宇;晁兵;倪雅;刘国彬;李萍;;镍基高温合金材料的研究进展[J];材料导报;2011年S2期

6 马兴海;李玉梅;肖广财;向彩霞;张兆磊;徐萍;刘绍林;;先进钣金成形技术在航天制造领域应用分析[J];航天制造技术;2011年05期

7 郭青苗;李海涛;李德富;郭胜利;彭海健;胡捷;;GH625合金管材热挤压成形工艺及组织演变的研究[J];稀有金属;2011年05期

8 毛健;李利华;张晓敏;卢锦德;涂铭旌;;时效时间对新型高强铸造Al-Cu-Mn合金性能和微观组织的影响[J];四川大学学报(工程科学版);2011年04期

9 赵腾伦;;基于ABAQUS的弹体旋压成形有限元数值模拟[J];精密成形工程;2010年06期

10 刘志超;周海涛;李庆波;温盛发;;GH625合金的热变形行为[J];热加工工艺;2010年12期

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王跃;强力旋压连杆衬套主要工艺参数对尺寸精度及残余应力影响的试验研究[D];中北大学;2016年

2 程小伟;Inconel625合金大规格管棒材挤压过程的组织与性能演变[D];兰州理工大学;2016年

3 刘彬;双轮错距缩径旋压试验与数值模拟研究[D];华南理工大学;2016年

4 孙圣朋;钛合金板材及管件电磁成形技术的研究[D];沈阳航空航天大学;2016年

5 杜军;难变形金属热强旋成形方法研究[D];华南理工大学;2015年

6 楼巧笑;多道次普旋成形极限及道次加工量分配多目标优化研究[D];浙江大学;2015年

7 陈实;筒形件强力旋压成形关键参数对成形质量影响分析及其优化[D];浙江大学;2015年

8 王凤彪;锥形件强力旋压壁厚的模拟预测及试验验证[D];重庆大学;2014年

9 李胡燕;GH4169镍基高温合金的组织和性能研究[D];东华大学;2014年

10 张晶;304不锈钢管滚珠旋压工艺研究[D];沈阳理工大学;2014年

本文编号：2746116