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高温合金叶片精锻成形过程中微观组织的数值模拟

作　者: 万晶晶
导　师: 齐广霞
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 叶片数值模拟微观组织 GH4169合金
分类号: TG316
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 215次
引　用: 2次
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内容摘要

叶片是航空工业中一类量大面广的重要零件之一,其精锻过程中变形、传热和微观组织演变之间存在复杂的交互作用,而微观组织在很大程度上决定了叶片的质量和宏观机械性能。因此,预测和控制叶片的微观组织,对提高叶片的综合性能具有重要的现实意义。现有的有限元模拟软件只能预测其成形效果,而不具备模拟微观组织演变的功能。为此,本文对商业软件DEFORM-3D进行二次开发,实现了高温合金叶片热锻过程中微观组织演变和晶粒长大的数值模拟研究,为确定精锻工艺和控制叶片质量提供依据。本文的主要研究内容与结果如下:(1)以DERORM-3D为平台,利用Absoft_Pro_Fortran语言将包含GH4169合金在热变形过程中微观组织演变的数学模型添加至其用户子程序中,使其具有微观组织演变预测功能。同时利用经过二次开发后的DEFORM软件对圆柱体镦粗变形过程进行数值模拟,并将模拟结果和实验结果进行对比,两者基本吻合,从而初步验证了二次开发的可靠性。(2)针对GH4169合金9级叶片的形状及特点,确立其工艺路线为挤杆——预锻——终锻;并利用三维绘图软件PRO/E对各个工步所对应模具进行建模。(3)以挤杆为例,研究不同工艺参数对变形体内微观组织演变的影响。结果表明:合理的工艺参数能够得到均匀细小的晶粒,从而提高其机械性能。变形温度、变形速度、压下量是影响再结晶晶粒尺寸的重要因素。(4)对GH4169合金叶片的精锻过程进行了模拟,获得了叶片在挤杆——预锻——终锻各个工步下材料的成形效果及微观组织演变的分布规律。挤杆时,成形情况良好,杆部晶粒明显细化;预锻与终锻后榫头晶粒尺寸变化不大,晶粒尺寸沿着叶身中部向边缘处递减。(5)将叶片精锻模拟结果与实验结果进行对比,发现两者叶片截面上微观组织分布基本一致,说明精密锻造过程能够有效地改善叶片的微观组织分布,为实际生产提供了理论依据。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-24
  1.1 引言  11
  1.2 高温合金  11-13
    1.2.1 高温合金的定义  11-12
    1.2.2 高温合金的发展概况  12-13
  1.3 GH4169 合金  13-15
    1.3.1 GH4169 的组织  13-14
    1.3.2 GH4169 合金的锻造工艺性能  14-15
  1.4 叶片锻造技术的研究现状及发展趋势  15-21
    1.4.1 叶片特点  15-16
    1.4.2 精锻技术的发展与应用  16-19
    1.4.3 热锻成形过程中微观组织数值模拟的研究进展  19-21
  1.5 选题的背景与意义  21-22
  1.6 本文主要研究内容  22-24
第2章微观组织分析模型及刚粘塑性有限元理论  24-39
  2.1 引言  24
  2.2 微观组织分析模型  24-31
    2.2.1 再结晶分类  24
    2.2.2 单峰型动态再结晶过程  24-26
    2.2.3 再结晶本构模型的研究  26-29
    2.2.4 GH4169 合金的微观组织演变模型  29-31
  2.3 刚粘塑性有限元理论  31-37
    2.3.1 有限元法简介及刚粘塑性有限元的基本假设  31-33
    2.3.2 刚粘塑性有限元基本方程  33-34
    2.3.3 刚粘塑性有限元基本变分原理  34-37
    2.3.4 热传导计算  37
  2.4 本章小结  37-39
第3章 DEFORM 的二次开发  39-48
  3.1 引言  39-40
  3.2 用户子程序结构  40-43
  3.3 再结晶过程分析子程序的编制  43-47
  3.4 用户子程序的编译链接  47
  3.5 本章小结  47-48
第4章镦粗模拟及实验研究  48-56
  4.1 引言  48
  4.2 实验及模拟数据准备  48-50
    4.2.1 试样参数及实验准备  48-49
    4.2.2 几何模型的建立  49
    4.2.3 模拟工艺参数设定  49-50
  4.3 数值模拟计算结果  50-55
    4.3.1 等效应力、等效应变的分布规律  50-51
    4.3.2 再结晶体积分数及平均晶粒尺寸的分布规律  51-53
    4.3.3 模拟结果与实验对比  53-55
  4.4 本章小结  55-56
第5章叶片精锻过程的模拟与分析  56-91
  5.1 引言  56
  5.2 GH4169 合金叶片的工艺分析  56-57
    5.2.1 叶片精锻成形工艺简介  56
    5.2.2 叶片成形工艺的确立  56-57
  5.3 模具设计  57-62
    5.3.1 终锻模设计  57-60
    5.3.2 预锻模设计  60
    5.3.3 挤杆模设计  60-62
  5.4 不同的工艺参数对模拟结果的影响  62-74
    5.4.1 不同的变形温度对成形规律及微观组织的影响  62-67
    5.4.2 不同的变形速度对成形规律及微观组织的影响  67-72
    5.4.3 不同的压下量对成形规律及微观组织的影响  72-74
  5.5 叶片精锻过程的模拟结果与分析  74-90
    5.5.1 挤杆过程模拟结果与分析  74-79
    5.5.2 预锻模拟结果与分析  79-83
    5.5.3 终锻模拟结果与分析  83-90
  5.6 本章小结  90-91
结论  91-93
参考文献  93-99
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  99-100
致谢  100

高温合金叶片精锻成形过程中微观组织的数值模拟

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