IN690高温合金管材热挤压工艺及组织演变规律研究

作     者：户金科 

作者单位：沈阳理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王忠堂

授予年度：2016年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：IN690高温合金 管材挤压 元胞自动机 动态再结晶 晶粒尺寸 数值模拟 

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%。