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無錫國勁合金有限公司
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閱讀：325發布時間：2017-4-15
無錫國勁合金有限公司*銷售耐熱鋼、氣閥鋼、核火電站用鋼、高溫合金、耐蝕合金等特種合金材料。
慣性摩擦焊接技術作為制造業中的固態焊接技術之一,被廣泛地應用于高性能發動機的轉子部件的連接。部件對加工精度要求非常高,因此,開展有關GH4169合金慣性摩擦焊接過程的形影響因素研究,對焊接工藝優化設計、焊接頭質量控制等具有重要的意義和很強的工程應用背景。傳統的焊接工藝探索以“試錯法”為基礎,這對于大型部件來說成本太高。采用數值模擬替代大量試驗,可以明顯降低工藝探索成本,縮短新產品開發周期。本文運用有限元軟件MSC.Marc建立了GH4169合金大環形件慣性摩擦焊接過程的軸對稱彈塑性有限元模型,選擇軸向子午面1/2為計算區域,將摩擦面附近區域單獨定義為形體并進行網格細劃分,有效減少了單元數目。模型可以方便的研究摩擦面兩側物理參量場的對稱性。在本文的工件及焊接工藝參數下,焊接溫度場關于摩擦面呈現很強的對稱性,而等效應力場關于摩擦面的對稱性較弱。環件軸向縮短量是焊接質量控制的關鍵,其影響因素的研究結果表明:當環件壁厚與工藝參數給定時,軸向縮短量隨著內徑的增大呈現出先增大后減小的規律;當環件內徑與工藝參數給定時,軸向縮短量隨著壁厚增大而快速減小,直至壁厚超過某一臨界尺寸;軸向縮短量對環件初始轉速的化非常敏感,隨著初始轉速的增加而快速增大,而其受到摩擦壓力的影響微弱;800℃熱影響區深度與環件軸向縮短量受到環件內徑、壁厚、初始轉速以及摩擦壓力的影響規律非常相近。為了驗證數值模型的可靠性,本文針對GH4169合金大環形件慣性摩擦焊接過程的溫度場與軸向縮短量分別進行了實驗對比研究。結果表明:焊接溫度場和軸向縮短量的計算值與測量值吻合較好,數值模型的計算結果是可靠的。
采用復合熔鹽凈化法對GH4169高溫合金的深過冷進行研究,通過正交實驗優化出GH4169高溫合金深過冷的*凈化劑及工藝參數,從而使GH4169高溫合金獲得了250K的大過冷度,同時探討了復合熔鹽凈化劑及工藝參數作用機理;通過對不同過冷度下凝固組織的觀察發現,隨著過冷度的增加,合金組織明顯細化,并發生兩次晶粒轉,由樹枝晶向粒狀晶轉。當過冷度超過250K后,晶粒平均尺寸達到5.5μm。對熱連軋(HCR)GH4169合金在固溶處理過程中晶粒長大行為進行系統研究。結果表明,該合金?相溶解溫度在990～1000℃之間,δ相對晶粒長大有顯著阻礙作用,在低于δ相溶解溫度進行固溶處理時,析出的δ相使得晶粒長大緩慢;在高于δ相溶解溫度以上時,晶粒隨溫度的升高快速長大。晶粒長大動力學表明:在高于δ相固溶線溫度以上進行固溶處理時,晶粒生長指數隨著固溶溫度的升高而增加;固溶處理溫度為1000和1050℃時的晶粒長大激活能為223.849kJ/mol,晶粒長大機制為自擴散過程控制機制,并建立了相應的晶粒長大動力學方程。通過激光熔化同步輸送的GH4169合金粉末,在鍛態GH4169合金基板上沉積出薄壁試樣,分析了GH4169合金的微觀組織、相組成,測試了拉伸性能。結果表明,所制備試樣的沉積層和界面組織致密、無缺陷;激光沉積態組織為沿沉積高度方向生長的柱狀枝晶組織,沉積態組織經過直接時效(DA)或固溶+時效(STA)處理后,枝晶間Laves相含量基本沒有化,經過均勻化+固溶+時效(HSTA)處理后,組織向等軸晶轉,Laves相含量減少;試樣經過STA處理后,抗拉強度zui高,達到鍛態的84.5%,斷后伸長率為鍛態的96.7%,原始沉積態試樣斷后伸長率zui高,高于鍛態101.7%。鈮含量對直接時效態(DA)和標準熱處理態(STD)GH4169合金室溫拉伸性能、650℃拉伸性能以及650℃、690MPa持久性能的影響規律,并進行了顯微組織觀察和熱力學計算分析。結果表明,隨著鈮的含量從5.2%(質量分數,下同)提高到5.4%,DA態合金強化相的質量分數提高,室溫和650℃下強度明顯提高,但鈮含量達到5.6%后強度有所下降;STD態合金在同一固溶溫度下,鈮含量的提高會增加δ相的質量分數,但對強化相質量分數的影響不及DA態明顯,強度隨鈮含量提高而增高的幅度不大。DA態合金的持久壽命隨鈮含量的增加而增長,超過5.6%后基本保持不;STD態合金持久壽命在鈮含量升高到5.6%后明顯下降,這可能是由δ相數量及形貌的改引起的。
然而,電脈沖效應在高溫合金領域的應用尚無先例,以往的應用成果也多集中于形抗力下降的工藝研究,對于脈沖電流影響塑性形的微觀機制探討甚少,特別對于高溫合金這樣合金元素種類多、合金元素含量高、相析出復雜的合金。因此,研究電脈沖效應影響高溫合金塑性形的規律和微觀作用機理,顯得尤為重要。為此,本研究設計并進行了在施加脈沖電流條件下的GH4169合金室溫及高溫拉伸試驗,考察了不同脈沖電流參數對其拉伸性能、塑性形行為及微觀組織的影響。研究發現,室溫拉伸試驗中,施加了脈沖電流的GH4169合金試樣相比于未施加脈沖電流的試樣形抗力和抗拉強度出現了明顯的下降,并且下降的幅度隨著脈沖電流密度的增大和頻率的升高而不斷增大。在840A/mm2,2Hz,30μs的脈沖電流條件下,合金的zui大形抗力相較無電流拉伸時下降了14%。合金的微觀分析發現,脈沖電流的施加使拉伸試樣位錯密度得到了顯著的降低。研究表明,800℃高溫拉伸中,脈沖電流作用下GH4169合金的強度與未加脈沖電流常規拉伸情況下相比顯著降低,合金的斷裂延伸率顯著增加。施加4kA,10Hz,30μs的脈沖電流拉伸形,合金的抗拉強度比未加脈沖電流的相同溫度常規拉伸降低77.8%,而斷裂延伸率增加幅度達到750.2%。分析表明,脈沖電流的施加顯著降低了GH4169合金在拉伸形時的動態再結晶溫度,使合金在較低溫度拉伸時就發生了動態再結晶。
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