無錫國勁合金*銷售汽車、核火電站、石油化工、造船等行業用圓鋼、鍛件、鍛環等產品。
21-4NWNb合金粉末的選區激光熔化成形是當今快速成型制造領域的重點研究對象,目前該領域已經在國家和生物醫療等領域重點應用,但是成形過程激光與粉末反應劇烈,容易形成較大的溫度梯度,引起熱應力,從而形成缺陷影響成形件質量。因此,探究高溫合金粉末成形機理,分析溫度場與應力場分布規律,對高溫合金粉末成形工藝有重要指導意義。本文利用有限元模擬軟件,建立三維瞬態有限元模型,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,設計生死單元和參數化語言命令流,實現鎳基高溫合金成形過程的溫度場模擬與應力場模擬。主要對單道掃描、單層掃描、塊體成形的溫度場進行了分析,著重研究了掃描過程中的溫度分布、掃描線變向轉接處的溫度分布和整個時間歷程上的溫度分布情況。討論了掃描速度和激光功率對溫度場影響,熔池尺寸隨著激光功率的增加而增大,瞬時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,并探討了導致溫度變化和溫度梯度的原因。在溫度場模擬的基礎上,分析了應力場分布的變化規律,主要針對過程中的應力分布、掃描線變向轉接處的應力分布和冷卻到室溫的應力分布進行了分析。在成形件表面主要以拉應力為主,基板上主要以壓應力為主。掃描過程中應力集中主要發生在掃描線之間與掃描線變向轉接處,冷卻到室溫時殘余應力以拉應力為主,集中在成形件邊界和四角上,在掃描線變向轉接處出現較大的拉應力,等效應力主要集中在成形件四角和邊界上,這些應力是造成翹曲與裂紋的主要原因。利用模擬結果進行合金粉末的成形試驗,成功驗證了模擬的可靠性,并制造出致密度良好的塊體成形件。后對成形過程的影響因素和成形過程容易產生的缺陷進行了分析,有限元模擬在缺陷形成上的預測較為成功。
鎳基高溫合金GH4169熱模擬壓縮實驗結果表明:變形溫度的升高和應變速率的減小使該合金高溫變形時的峰值應力和穩態應力顯著降低,變形溫度會影響其進入穩態變形時變形程度的大小.基于高溫合金GH4169高溫變形時的流動應力特征,運用模糊神經網絡理論建立了該合金高溫變形時的流動應力模型.計算與實驗的流動應力的大誤差為10.18%,平均誤差為2.11%,該模型的計算精度明顯高于由回歸法建立的高溫合金GH4169高溫變形時的流動應力模型。
固溶處理對GH4169合金微觀組織的影響,探討了晶粒長大規律。通過熱模擬試驗,系統地研究了固溶淬火態GH4169合金的高溫壓縮變形行為,得出了流變應力與熱變形參數之間的關系方程;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律,分析了熱變形參數對動態再結晶體積分數的影響,同時,重點研究了預析出δ相對GH4169合金壓縮變形行為的影響。對不同固溶處理條件下GH4169合金的微觀組織觀察結果表明,隨著固溶溫度的升高,δ相的數量逐漸減少并由短棒狀向顆粒狀轉變,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。硬度測試結果表明,材料的硬度隨固溶溫度的升高和保溫時間的延長而降低,硬度值與晶粒尺寸的關系符合H-P公式。對1100℃固溶淬火態GH4169合金的熱模擬試驗結果表明,動態再結晶是GH4169合金高溫壓縮變形過程中的重要軟化機制;通過回歸方法得到的該固溶淬火態GH4169合金的熱變形激活能為472kJ/mol,壓縮變形過程中流變應力與熱變形參數之間的關系可用以下方程來描述:對GH4169合金熱模擬試樣的微觀組織分析表明,動態再結晶的體積份數隨變形溫度的升高和應變速率的降低而增大,變形量的增加有助于動態再結晶過程趨于*。研究發現,在實驗變形條件范圍內,固溶處理殘余的δ相使GH4169合金高溫變形的峰值應力降低。殘余δ相含量為3.9%時,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相促進了GH4169合金動態再結晶過程的進行。
*時效對GH4169合金的顯微組織和動態拉伸性能及變形行為的影響規律及機制.結果表明,應變速率為101—102 s-1時,合金強度受時效時間影響顯著,斷裂延伸率隨時效時間的延長呈降低趨勢,在時效500 h后基本保持不變;高應變速率(103 s-1)條件下,*時效對合金強度無明顯影響,而斷裂延伸率受時效時間的影響顯著,*時效造成的合金塑性劣化現象提前發生.高應變速率變形過程中,位錯運動受阻來不及釋放,在時效0—1000 h范圍內,合金未出現強化相峰值尺寸效應,強度受時效時間的影響并不明顯.*時效后GH4169合金晶界δ相附近無析出帶的產生,導致動態載荷下晶界塑性變形的協調能力降低,應變速率為103 s-1時,合金塑性在短時間時效后迅速下降。
