叶片冷辊轧本构模型研究与组织模拟

作     者：耿文冉 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孔祥伟

授予年度：2011年

学科分类：08[工学] 082503[工学-航空宇航制造工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：叶片辊轧 本构模型 二次开发 显微组织 

摘      要：叶片辊轧是航空叶片制造的发展趋势之一,其工作过程平稳、所需设备吨位小、轧件力学性能好、生产效率高。由于叶片形状复杂、所使用的高温合金材料难变形,对其成形过程尚无深入的研究,缺乏规律性的认识。实际生产中,叶片辊轧工艺的制定和模具的设计主要凭借经验,叶片的抛光和修磨以及模具的修型主要依靠工人手工操作,生产效率低,且无法保证产品质量。因此研究叶片冷辊轧成形过程的金属流动规律和成形机理,对模具优化设计和工艺参数的选择具有指导意义。本文针对以上现状开展研究,目的是利用有限元软件DEFORM-3D建立叶片冷辊轧数值模拟的平台。为了保证数值模拟的可信度,需要获得准确的材料本构模型。本文针对叶片辊轧过程大塑性变形,几何、材料、边界条件非线性的特点,通过对本构理论的研究,找到了适合于叶片辊轧过程的Yoshida-Uemori本构模型。由于本文所研究的叶片材料为镍基变形高温合金GH4169,为了确定本构模型中的材料参数,设计了GH4169合金不同状态下的力学性能实验。通过实验所得数据,分析了GH4169合金的变形特点,确定了本构模型中的待定参数,并发现GH4169合金在不同状态下的力学性能具有明显差异。随后对DEFORM软件进行二次开发,将所得本构模型添加到软件的材料库中。通过对长方体压缩过程的数值模拟,将模拟结果与实际压缩实验结果进行对比,验证了本构模型的准确性,并采用二次开发的材料模型对叶片辊轧过程进行了模拟,得到了金属的流动规律。最后,对叶片在辊轧过程中的显微组织演化进行了模拟,得到了晶粒尺寸、位错密度和晶界的变化规律。航空叶片叶身形状复杂,截面不断变化。因此,叶片辊轧属于变截面轧制。本文对叶片辊轧过程的本构模型和显微组织的研究,为探索变截面轧制过程的金属变形规律、模具优化设计和工艺参数的选择提供了方法。