葉片模鍛過(guò)程中微觀組織演變的數(shù)值模擬研究.pdf

1、葉片是汽輪機(jī)中的核心零部件，起著能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵作用。葉片輪廓曲面復(fù)雜，所用材料多為變形抗力大的特種合金。葉片鍛造是一個(gè)受諸多因素影響的復(fù)雜工藝過(guò)程，且成形期間的變形、傳熱和微觀組織演變之間存在一系列交互作用。由于微觀組織在很大程度上決定了葉片的宏觀機(jī)械性能，所以，預(yù)測(cè)和控制模鍛葉片的微觀組織，對(duì)于擬定合理的模鍛工藝方案、提高葉片的綜合機(jī)械性能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 本文借助有限元數(shù)值模擬技術(shù)，采用能反映材料流動(dòng)應(yīng)力的本構(gòu)關(guān)系和微觀

2、組織演變的元胞自動(dòng)機(jī)法，研究葉片的模鍛成形過(guò)程及其微觀組織演變。同時(shí)，考慮到始鍛溫度、始鍛能量、模具預(yù)熱溫度和界面摩擦系數(shù)等多因素對(duì)葉片成形質(zhì)量及其最終組織的影響，本文引入了正交實(shí)驗(yàn)法，以尋求既能保證葉片成形質(zhì)量又能滿足終鍛組織和性能要求的模鍛工藝方案。 研究結(jié)果表明：（1）葉片模鍛過(guò)程中，其葉根和葉身部位的變形量及其分布不盡相同，葉身部位變形較葉根部位大；溫度分布也不均勻且葉身部位的不均勻性要比葉根大。相同條件下，較高的始鍛溫

3、度有利于坯料金屬的流動(dòng)，使之易于充模成形，從而減少錘擊次數(shù)。良好的潤(rùn)滑條件（即較小的摩擦系數(shù)）可以改善金屬的流動(dòng)性，降低坯料與模具接觸面的摩擦力，還可以減少接觸界面層的坯料不均勻變形，以及由此造成的殘余應(yīng)力。（2）應(yīng)用元胞自動(dòng)機(jī)法，可以較好地揭示模鍛葉片成形過(guò)程中的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象，包括晶粒的形核、生長(zhǎng)、位向，以及尺寸大小和分布，獲得同經(jīng)典理論和物理實(shí)驗(yàn)基本一致的葉片終鍛組織結(jié)構(gòu)。（3）由于錘擊速度極快，變形瞬間溫度對(duì)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒形核和