【作 者】方軍;吳敏;張濤;張少航;陶悅;劉金龍;靳凱

　　GH4169高溫合金具有疲勞強(qiáng)度高、抗拉強(qiáng)度高、線膨脹系數(shù)低、抗氧化和抗腐蝕性能等特性，被廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件[1-2]。采用機(jī)械切削加工時(shí)刀具磨損大，切削也會(huì)浪費(fèi)大量的材料，因而，熱鍛成形是高溫合金構(gòu)件一種常用的制造方式[3-4]。然而，GH4169高溫合金熱加工成形溫度的范圍小，合金需要加工到較高的溫度。熱鍛成形過(guò)程受其熱鍛工藝參數(shù)的影響，若其熱加工工藝參數(shù)控制不當(dāng)，易出現(xiàn)變形、溫度分布不均勻以及強(qiáng)化相改變的現(xiàn)象，因此，需研究該類材料熱鍛成形過(guò)程中關(guān)鍵工藝參數(shù)對(duì)構(gòu)件宏觀溫度場(chǎng)、應(yīng)力和應(yīng)變場(chǎng)及組織的影響規(guī)律，獲得優(yōu)化的工藝窗口，進(jìn)而提升鍛件的綜合性能[5-6]。

　　許多研究者針對(duì)GH4169高溫合金熱鍛工藝開(kāi)展了大量的研究。湯濤等7建立了GH4169高溫合金十二角螺栓頭的熱鍛成形仿真模型，并優(yōu)化了關(guān)鍵的熱鍛工藝參數(shù)。大型鍛件自由鍛過(guò)程的道次多、流程長(zhǎng)，無(wú)法通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證鍛造過(guò)程中再結(jié)晶程度及晶粒尺寸的變化。孫志仁等8建立了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模型，并通過(guò)Gleeble熱壓縮實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證，然后，采用該動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模型對(duì)典型鍛造工藝的墩粗和拔長(zhǎng)進(jìn)行模擬。

　　本文研究了GH4169高溫合金細(xì)長(zhǎng)桿螺栓零件的熱鍛成形規(guī)律，通過(guò)數(shù)值仿真對(duì)螺栓進(jìn)行了熱鍛工藝分析，研究了不同熱鍛參數(shù)(頭部初始熱鍛溫度、摩擦因數(shù)、下壓速率、換熱系數(shù)、模具預(yù)熱溫度)對(duì)螺栓成形過(guò)程中應(yīng)力一應(yīng)變場(chǎng)、應(yīng)變均勻性和熱鍛壓力的影響規(guī)律，在此基礎(chǔ)上獲得了優(yōu)化的熱鍛成形工藝參數(shù)，為高溫合金螺栓的熱鍛工藝實(shí)驗(yàn)提供了指導(dǎo)。

　　【結(jié) 論】

　?。?）對(duì)GH4169高溫合金螺栓的成形工藝進(jìn)了優(yōu)化:單道次鍛造成形金屬沿螺栓頭部的徑向流動(dòng)超限制后，螺栓頭部沿長(zhǎng)度方向難以完全填充模具，需采用多道次成形的方法對(duì)其進(jìn)行熱鍛成形。

　　（2）螺栓鍛造過(guò)程中最大熱鍛壓力隨頭部初始熱鍛溫度的增大先增大后減小;隨摩擦因數(shù)的增大而增大;隨下壓速率的增大而減小。

　?。?）熱鍛過(guò)程中應(yīng)變均勻性隨參數(shù)變化的規(guī)律為:頭部初始熱鍛溫度越高、摩擦因數(shù)越小、換熱系數(shù)越小和模具預(yù)熱溫度越高時(shí)，應(yīng)變分布均勻性較好;下壓速率選取為5 mm/s時(shí)沿豎直路徑的應(yīng)變分布的均勻性最好。

　　（4）以應(yīng)變均勻性作為參數(shù)優(yōu)化的口標(biāo)，獲得優(yōu)化的熱鍛工藝參數(shù)為:頭部初始熱鍛溫度為1050℃，摩擦因數(shù)為0. 3，下壓速率為5mm/s，換熱系數(shù)為1000 W·(m2·K)-1，模具預(yù)熱溫度為250℃。

　　（5）通過(guò)熱鍛實(shí)驗(yàn)和硬度實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了螺栓多道次熱鍛成形的可行性和參數(shù)優(yōu)化的合理性。

　　以下是正文：