模具结构对FGH4096合金挤压变形影响的数值模拟研究

李昌 陈蕾蕾 瞿宗宏 刘奎生 赖运金 梁书锦

李昌, 陈蕾蕾, 瞿宗宏, 刘奎生, 赖运金, 梁书锦. 模具结构对FGH4096合金挤压变形影响的数值模拟研究[J]. 粉末冶金技术, 2022, 40(3): 277-283. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021080014
引用本文: 李昌, 陈蕾蕾, 瞿宗宏, 刘奎生, 赖运金, 梁书锦. 模具结构对FGH4096合金挤压变形影响的数值模拟研究[J]. 粉末冶金技术, 2022, 40(3): 277-283. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021080014
LI Chang, CHEN Lei-lei, QU Zong-hong, LIU Kui-sheng, LAI Yun-jin, LIANG Shu-jin. Numerical simulation study of effect of die structure on the extrusion deformation of FGH4096 alloys[J]. Powder Metallurgy Technology, 2022, 40(3): 277-283. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021080014
Citation: LI Chang, CHEN Lei-lei, QU Zong-hong, LIU Kui-sheng, LAI Yun-jin, LIANG Shu-jin. Numerical simulation study of effect of die structure on the extrusion deformation of FGH4096 alloys[J]. Powder Metallurgy Technology, 2022, 40(3): 277-283. doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021080014

模具结构对FGH4096合金挤压变形影响的数值模拟研究

doi: 10.19591/j.cnki.cn11-1974/tf.2021080014
详细信息
    通讯作者:

    E-mail: 412530206@qq.com

  • 中图分类号: TG376.2

Numerical simulation study of effect of die structure on the extrusion deformation of FGH4096 alloys

More Information
  • 摘要: 采用有限元数值模拟软件与正交试验相结合的方法研究了FGH4096合金包覆热挤压过程,系统分析了模具模角、入口圆角半径和工作带长度对挤压制品有效应变分布、温度分布和挤压载荷的影响。结果表明:模角越大,有效应变分布均匀区域减少,挤压载荷升高,挤压过程中产生的温升效应严重;模角越小,有利于挤压载荷的降低,挤压制品心部温升效应减轻,但心部出现有效应变小于1.500的区域增大。入口圆角半径和工作带长度对挤压制品的有效应变分布、温度分布和挤压载荷影响不大。当模角为45°时,有效应变分布均匀的区域增大,有效应变分布更为均匀。制作挤压模具进行模拟实验验证,结果表明实际挤压过程和数值模拟的数据相吻合,证明模拟参数设置合理,对实际生产具有指导意义。
  • 图  1  挤压设备示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of the extrusion equipment

    图  2  不同实验过程中制品内有效应变分布云图:(a)1#;(b)2#;(c)3#;(d)4#;(e)5#;(f)6#;(g)7#;(h)8#;(i)9#

    Figure  2.  Effective strain distribution of the extrusion billets: (a) 1#; (b) 2#; (c) 3#; (d) 4#; (e) 5#; (f) 6#; (g) 7#; (h) 8#; (i) 9#

    图  3  挤压过程中挤压载荷行程曲线:(a)1#;(b)2#;(c)3#;(d)4#;(e)5#;(f)6#;(g)7#;(h)8#;(i)9#

    Figure  3.  Load curve of the extrusion process: (a) 1#; (b) 2#; (c) 3#; (d) 4#; (e) 5#; (f) 6#; (g) 7#; (h) 8#; (i) 9#

    图  4  挤压制品内温度分布:(a)1#;(b)2#;(c)3#;(d)4#;(e)5#;(f)6#;(g)7#;(h)8#;(i)9#

    Figure  4.  Temperature distribution of the extrusion billets: (a) 1#; (b) 2#; (c) 3#; (d) 4#; (e) 5#; (f) 6#; (g) 7#; (h) 8#; (i) 9#

    图  5  取样位置示意图

    Figure  5.  Sketch of the sampling position

    图  6  挤压制品显微组织形貌:(a)心部;(b)1/2R;(c)边缘

    Figure  6.  Microstructure of the extrusion billets: (a) core; (b) 1/2R; (c) edge

    图  7  挤压制品挤压前(热等静压态)组织示意图

    Figure  7.  Microstructure of the extrusion billet before extrusion

    图  8  挤压载荷随挤压时间变化曲线:(a)模拟结果;(b)实验结果

    Figure  8.  Extrusion load curves with the extrusion time: (a) simulation result; (b) experiment result

    表  1  因素水平表

    Table  1.   Factors level table

    因素模角 / (°)工作带长度 / mm入口圆角半径 / mm
    水平1602510
    2453015
    3303520
    下载: 导出CSV

    表  2  正交实验表

    Table  2.   Orthogonal table

    实验编号模角 / (°)工作带长度 / mm入口圆角半径 / mm
    1#602510
    2#603015
    3#603520
    4#452515
    5#453020
    6#453510
    7#302520
    8#303010
    9#303515
    下载: 导出CSV
  • [1] Liu C K, Wei Z W, Zhang J Q, et al. Effect of hot deformation on PPB precipitations and microstructure in P/M superalloy FGH96. J Aeron Mater, 2018, 38(3): 40 doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000207

    刘昌奎, 魏振伟, 张佳庆, 等. 热变形工艺对FGH96高温合金PPB析出相及组织的影响. 航空材料学报, 2018, 38(3): 40 doi: 10.11868/j.issn.1005-5053.2017.000207
    [2] Li J. Application and research progress of computer simulation used in powder metallurgy process. Powder Metall Technol, 2021, 39(4): 366

    李静. 计算机仿真在粉末冶金过程的应用及研究进展. 粉末冶金技术, 2021, 39(4): 366
    [3] Zhang M. Study on Microstructure and Properties of FGH98 Alloy for Advanced Aero Engine Turbine Disk [Dissertation]. Beijing: University of Science and Technology Beijing, 2018

    张明. 先进航空发动机涡轮盘用FGH98合金组织与性能研究[学位论文]. 北京: 北京科技大学, 2018
    [4] Huo W C, Liu J T, Zhang M, et al. Numerical simulation and experimental verification of extrusion process of a new fourth-generation nickel-based powder metallurgy superalloy, Trans Mater Heat Treat, 2021, 42(2): 153

    霍万晨, 刘建涛, 张明, 等. 一种新型四代镍基粉末高温合金挤压过程数值模拟及试验验证. 材料热处理学报, 2021, 42(2): 153
    [5] Peng S Q, Ge C C, Tian T, et al. Effect of long term ageing on γ' phase in spray formed FGH100L superalloy settled by different solution treatment. Powder Metall Technol, 2021, 39(6): 483

    彭世清, 葛昌纯, 田甜, 等. 长期时效对不同固溶处理喷射成形FGH100L合金组织中γ'相的影响. 粉末冶金技术, 2021, 39(6): 483
    [6] Li H X. Research on FEM Simulation of Extrusion Process of FGH96 Power Metallurgy Superalloy [Dissertation]. Inner Mongolia: Inner Mongolia University of Technology, 2013

    李海霞. FGH96粉末高温合金管材热挤压成型工艺模拟研究[学位论文]. 内蒙古: 内蒙古工业大学, 2013
    [7] Liu C Y, Wang S Y, Dong Y P, et al. Numerical simulation and testing study on extrusion process of FGH96 alloy. China Metalform Equip Manuf Technol, 2010, 45(2): 103 doi: 10.3969/j.issn.1672-0121.2010.02.040

    刘趁意, 王淑云, 东赟鹏, 等. FGH96合金挤压过程的数值模拟与试验研究. 锻压装备与制造技术, 2010, 45(2): 103 doi: 10.3969/j.issn.1672-0121.2010.02.040
    [8] Zhang M, Liu G Q, Hu B F, et al. Finite element simulation and experimental verification on hot extrusion of a novel nickel-base P/M superalloy. Powder Metall Technol, 2018, 36(3): 223

    张明, 刘国权, 胡本芙, 等. 新型镍基粉末高温合金热挤压工艺有限元模拟与实验验证. 粉末冶金技术, 2018, 36(3): 223
    [9] Fang B, Tian G F, Ji Z, et al. Study on the thermal deformation behavior and microstructure of FGH96 heat extrusion alloy during two-pass hot deformation. Int J Miner Metall Mater, 2019, 26: 657 doi: 10.1007/s12613-019-1774-0
    [10] Zhu X L, Liu D, Yang Y H, et al. Numerical simulation for canning extrusion process of FGH96. J Aeron Mater, 2013, 33(1): 21 doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.1.004

    朱兴林, 刘东, 杨艳慧, 等. FGH96合金包覆挤压过程数值模拟. 航空材料学报, 2013, 33(1): 21 doi: 10.3969/j.issn.1005-5053.2013.1.004
    [11] Liu X T, Ding H H, Yang C, et al. Microstructure and mechanical properties of hot extruded FGH96 powder metallurgy superalloy. Chin J Nonferrous Met, 2016, 26(2): 354

    刘小涛, 丁晗晖, 杨川, 等. 热挤压态FGH4096粉末冶金高温合金的显微组织与力学性能. 中国有色金属学报, 2016, 26(2): 354
    [12] Yang C, Liu X T, Si J Y, et al. Hot deformation behavior of hot extruded FGH4096 nickel-base powder metallugy superalloy // The 13th Chinese Superalloy Papers. Beijing, 2015: 372

    杨川, 刘小涛, 司家勇, 等. 热挤压态FGH4096镍基粉末高温合金的热变形行为的研究 // 第十三届中国高温合金年会论文集. 北京, 2015: 372
    [13] Wang C Y, Dong Y P, Song X J, et al. Effect of deforming temperature and strain on abnormal grain growth of extruded FGH96 superalloy. J Aeron Mater, 2016, 5(36): 14

    王超渊, 东赟鹏, 宋晓俊, 等. 变形温度及变形量对挤压态FGH96合金晶粒异常长大的影响. 航空材料学报, 2016, 5(36): 14
    [14] Wang C Y, Song X J, Feng Y F, et al. Influence of extrusion process parameters on microstructure of FGH96 alloy bar. Forg Stamp Technol, 2021, 46(5): 131

    王超渊, 宋晓俊, 冯业飞, 等. 挤压工艺参数对FGH96合金棒材显微组织的影响. 锻压技术, 2021, 46(5): 131
    [15] Fang B, Ji Z, Tian G F, et al. Investigation on complete solution temperature of γ' in the P/M superalloy of FGH96. Powder Metall Technol, 2013, 31(2): 89 doi: 10.3969/j.issn.1001-3784.2013.02.002

    方彬, 纪箴, 田高峰, 等. FGH4096高温合金中γ'相完全溶解温度的研究. 粉末冶金技术, 2013, 31(2): 89 doi: 10.3969/j.issn.1001-3784.2013.02.002
  • 加载中
图(8) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  593
  • HTML全文浏览量:  226
  • PDF下载量:  38
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-22
  • 刊出日期:  2022-06-28

目录

    /

    返回文章
    返回