IN690高温合金管材热挤压工艺及组织演变规律研究

摘要

高温合金 Inconel690(IN690)具有优异的抗腐蚀开裂能力、高强度、良好的冶金稳定性和优良的加工特性等优点，广泛应用于蒸汽发动机、压水反应堆中。本文采用DEFORM-3D模拟软件、元胞自动机法(CA法)以及先进实验测试方法等对高温合金IN690管材挤压变形过程进行研究。主要研究成果与结论如下：
　　(1)通过有限元分析软件 DEFORM-3D中的模具应力分析模块，研究了不同挤压工艺参数下挤压模具的温度场和应力场。降低坯料温度，增大速度，减小摩擦系数，模具最终温度降低；升高坯料温度，增大挤压速度，减小摩擦系数和挤压比，模具最大主应力值减小；
　　(2)利用 DEFORM-3D对高温合金 IN690管材进行多场耦合模拟，分析了不同参数下管材的温度场、应力场、应变场和挤压力的分布规律。得到了不同挤压工艺参数对挤压变形过程的影响规律；
　　(3)对高温合金IN690管材挤压时的动态再结晶进行了模拟研究，获得了不同挤压工艺条件下动态再结晶与平均晶粒尺寸的变化规律，即：升高管坯温度，完全动态再结晶区域变大，平均晶粒尺寸变大；升高挤压速度，完全动态再结晶区域变大，但相差不大，平均晶粒尺寸减小；增大挤压比，完全动态再结晶区域变大，平均晶粒尺寸减小；管材壁厚方向上由内壁向外平均晶粒尺寸呈现先增大后减小的规律；
　　(4)采用元胞自动机(CA)方法对高温合金 IN690管材挤压变形过程中动态再结晶组织演变规律进行了数值模拟研究。确定了位错密度模型、回复模型、形核模型、晶粒长大模型等。分析了挤压变形过程中动态再结晶的过程，得到了变形过程中的晶粒形态、分布、取向和尺寸；
　　(5)完成了高温合金 IN690管材挤压实验,分析了管材组织性能。模拟结果与实验结果相吻合，平均晶粒尺寸的数值模拟结果与实验结果的相对误差小于15.97％。

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第1章绪 论

1.1课题背景

1.2高温合金简介

1.3微观组织模拟

1.4元胞自动机(CA)

1.5 DEFORM-3D软件

1.6本课题的主要内容

第2章高温合金IN690管材挤压模具的热-力耦合分析

2.1引言

2.2有限元模型的建立

2.3模具温度场

2.4模具应力场

2.5提高模具寿命的措施

2.6本章小结

第3章高温合金IN690管材挤压多场耦合模拟

3.1引言

3.2数值模拟结果分析

3.3本章小结

第4章高温合金IN690管材挤压变形动态再结晶模拟

4.1引言

4.2物理模型的建立

4.3管坯温度对动态再结晶的影响

4.4挤压速度对动态再结晶的影响

4.5摩擦系数对动态再结晶的影响

4.6挤压比对动态再结晶的影响

4.7本章小结

第5章基于CA法的IN690管材挤压变形微观组织模拟研究

5.1引言

5.2挤压实验

5.3元胞自动机(CA)模型的建立

5.4模拟实验

5.5动态再结晶过程中同一点的微观组织变化

5.6实验与模拟结果对比分析

5.7管坯温度对微观组织的影响

5.8挤压速度对微观组织的影响

5.9摩擦系数对微观组织的影响

5.10挤压比对微观组织的影响规律

5.11本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和获得的成果

致谢