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    恒稳锻造在新型式金材混合物作业中的制约


    组织和力学性能经等温锻造后金相组织如1所示,其晶粒度为ASTM=10级。微观组织晶粒均匀、没有出现混晶组织,说明本试验方案可获得组织均匀细小的锻件。由中可见,其晶界存在大量的δ相,而且大多呈颗粒状或短棒状;晶内有少量的颗粒状δ相分布,说明δ相的形核还在继续,而且可以发现表现的γ″δ转变的痕迹。呈颗粒状或短棒状分布于晶界的δ相使基体晶粒的晶界强化,这是提高抗拉性能的原因之一。由于锻造过程中析出相对晶界的“钉扎”作用,阻碍晶界迁移、阻止晶粒的长大,从而细化晶粒。晶粒细小、组织均匀是试样具有高强度的另一个主要原因。

      经近等温锻造工艺锻造的IN718合金的力学性能试验数据分别如下:20℃拉伸,抗拉强度1480MPa,屈服强度1240MPa,伸长率16%,断面收缩率32%;650℃拉伸,抗拉强度1180MPa,屈服强度1040MPa,伸长率30%,断面收缩率70%。将各种性能数据与表1中所列相应指标相比,可见采用本文提出的近等温锻造工艺不仅可以保证IN718合金锻件的力学性能指标达到相应标准的要求,而且全部指标都超过标准很多:试样抗拉强度和屈服强度比指标高100MPa;塑性参数,伸长率和断口收缩率提高幅度更大,表现为优越的塑性。

      锻造过程数值模拟由2和表2可知,锻件几何尺寸模拟结果与试验结果相差0.2%~5.3%之间,平均误差2.1%,鼓肚部位的模拟最接近试验结果。

      锻造试验中设备实际载荷与数值模拟所需载荷比较见3和表2,设备载荷的模拟结果比试验结果要小一些,峰值载荷最大相差63.485kN,说明使用此模拟系统来预测试验的设备载荷是可行的。随着锻造过程的进行,锻件发生加工硬化,因此液压机吨位承上升趋势。

      由4可知,圆柱形毛坯的最大锻造载荷为50200kN,而选用环形毛坯最大锻造载荷为36700kN,相差13500kN。在锻造载荷比较稳定的台阶阶段,环形毛坯的载荷为15000kN左右,而圆柱形毛坯的锻造载荷约为18000kN左右,可见环形毛坯可以节约能量。

      模拟锻造过程中形成的缺陷见5所示。试件损伤主要集中在鼓肚部位,实际锻造过程中试样在鼓肚部位确实出现了褶皱、开裂的现象。

      锻造工艺参数,如锻造温度、变形量、应变速率都会造成此类缺陷,因此合理的预测锻造缺陷,并反馈为锻造工艺参数,开展试验,有利于节约能源、推动试验进程。从比较结果中可以看出,此模拟系统对于试验的过程中变形量与成形件几何尺寸、设备载荷以及材料损伤情况的模拟与试验结果吻合。因此,可以用来模拟涡轮盘的成形过程,用以指导生产实践。

      结论(1)采用本文所提出的等温锻造工艺在液压机上锻造IN718合金,可获得晶粒度ASTM10级的均匀组织,且拉伸性能满足IN718锻件技术要求。(2)模拟系统对于试验的过程中变形量与成形件几何尺寸、设备载荷以及材料损伤情况的模拟与试验结果吻合,说明本文IN718合金材料模型的建立具有一定的优越性。

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