GH4698涡轮盘等温锻造过程中晶粒演化行为及其数值模拟

摘要

涡轮盘是航空发动机的关键零件之一，由于其服役环境恶劣，因此性能要求十分苛刻。用于制造涡轮盘的高温合金通常具有合金化程度高、微观组织结构复杂的特点，且由于变形过程中易产生裂纹、锻造温度窗口窄等使其成形难度极大；此外，随着涡轮盘的规格越来越大，导致其热加工制造过程中容易出现粗晶、混晶等组织缺陷，进而影响其使用性能。因此，获得高温合金的热变形行为并基于此给出热加工工艺参数对晶粒组织的影响规律，是解决涡轮盘制造难题的重要理论支撑。
　　本文以GH4698变形高温合金为研究对象，利用Gleeble热力模拟试验机，通过等温热压缩试验研究了合金在温度为900~1200 ℃，应变速率为0.001~1s-1范围内的高温变形行为；并利用DEFORM有限元软件对某GH4698涡轮盘在等温锻造过程中的晶粒演化进行了模拟，得到了涡轮盘晶粒细化的变形条件。主要研究成果如下：
　　(1)随着变形温度T的升高和应变速率的降低，流变应力明显降低；当变形温度低于1000 ℃时，变形试样表面出现裂纹。
　　(2)获得了GH4698合金的峰值应力预测模型以及考虑应变补偿的本构模型；明确了动态再结晶动力学规律，建立了动态再结晶晶粒尺寸模型。同时基于动态材料模型，建立了热加工图，获得了合理的热加工范围。
　　(3)DEFORM有限元分析结果表明，若GH4698涡轮盘采用等温锻造工艺，在锻造温度1050 ℃、变形速度5mm/s时，锻件大部分区域均可获得细小的等轴晶晶粒组织。

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第1章 绪 论

1.1 涡轮盘及其常用材料

1.2 GH4698合金

1.3 高温合金热变形过程中的晶粒演化

1.4 本文主要研究内容

第2章 GH4698合金热变形行为研究

2.1 试验材料及方案

2.2真实应力-应变曲线

2.3 GH4698合金的本构方程

2.4 峰值应变模型与动态再结晶临界应变模型

2.5 本章小结

第3章 GH4698合金动态再结晶行为研究

3.1不同热变形参数下晶粒组织演变规律

3.2 GH4698合金动态再结晶模型的建立

3.3 GH4698合金的热加工图

3.4 本章小结

第4章 GH4698涡轮盘等温锻造过程晶粒演化数值模拟

4.1. 涡轮盘的锻造工艺

4.2 涡轮盘有限元模型的建立

4.3 涡轮盘等温锻造过程中的晶粒演化

4.4 工艺条件对晶粒尺寸的影响

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢