高强度高温合金螺栓成形工艺优化及组织演变规律研究

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Inconel718合金属于镍基高温合金,因为拥有比较优秀的抗氧化性和抗热腐蚀性能、高温力学性能、疲劳性能,现在已经广泛的应用于能源、化工和航空航天领域。而且,Inconel718合金也是一种比较难变形的材料,其组织与性能对热变形工艺参数都十分敏感。本文以固溶态Inconel718合金为研究对象,通过不同温度,不同应变速率进行热模拟实验,对实验所得的曲线进行温度修正,最后计算出流变应力和热变形参数之间的关系方程,并利用动态材料模型建立热加工图,研究固溶态Inconel718合金的热变形行为并且优化其热加工工艺参数。根据热压缩实验,利用线性回归方法建立该Inconel718合金的本构方程和动态再结晶模型,并利用 Deform-3D有限元分析软件对 Inconel718合金螺栓的成形过程进行有限元模拟。同时研究了固溶处理对Inconel718合金微观组织及硬度值的影响,主要研究结果如下:  1.在变形温度为950~1150℃,应变速率为0.1~10s-1,最大下压量为70%的条件下,对Inconel718合金进行等温恒应变速率压缩实验,并绘制出不同温度和应变速率下的真应力—应变关系曲线。对应力应变曲线进行修正,说明热压缩过程中变形温升的影响不可忽略,其影响随着真应变的增加和应变速率的降低而更加显著,通过对变形温升的修正,变形温升随变形能的增大呈线性变化趋势。在应变速率为10s-1时,在压缩过程中产生了很高的温升,误差值最大达到177℃。温度修正后的流变应力比实验所得的流变应力都有明显增大。  2.通过线性回归分析,采用Sellars和Tegart提出的双曲正弦形式的本构方程获得Inconel718合金的热变形激活能为Q=401.498KJ/(mol?℃),获得的流变应力本够方程为:(此处为公式)  3.通过分析修正后的流动应力曲线获得实验数据,并基于动态材料模型和Prasad判据,获得不同变形温度及应变速率下的应变速率敏感性指数及能量耗散效率,绘制出Inconel718合金的热加工图。通过热加工图分析和显微组织观察,研究Inconel718合金的微观组织变化。结果表明:真应变为0.1时,加工图出现两个效率峰区,随着真应变的增加,两个峰区逐渐向高变形温度低应变速率方向移动。从获得均匀细小的变形组织的角度考虑Inconel718合金的热加工区域应该选择在应变速率为5-10s-1,变形温度为950-1030℃的工艺参数。  4.通过组织模拟可知在温度为1000℃,应变速率为5s-1时,晶粒比较均匀细小,为最佳的成型工艺  5.不同固溶处理条件下晶粒尺寸随固溶温度的升高而增大;在温度<990℃时,δ相会抑制晶粒长大从而使晶粒长大速度缓慢;在高于δ相溶解温度固溶时效时,晶粒尺寸随固溶温度的升高快速长大。  6.Inconel718合金的硬度值与固溶时效温度存在一定的关系,合金的硬度值随固溶温度的增大先升高后减小。
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