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GH4169合金惯性摩擦焊接过程动态再结晶行为的数值模拟

朱大喜  
【摘要】: 惯性摩擦焊接技术作为最先进的固态焊接技术之一,被广泛的应用于航空发动机转子部件的连接。近年来,随着计算机技术与有限元方法的发展,基于有限元理论的数值模拟方法逐渐成为惯性摩擦焊接过程研究的重要手段。在惯性摩擦焊接过程中,摩擦焊合区的金属会发生明显的动态再结晶行为,对焊后接头性能有重要影响。本文采用数值模拟的方法,探索了惯性摩擦焊接过程中的动态再结晶行为,为定量预测惯性摩擦焊接过程的动态再结晶组织演化规律提供了依据,对优化焊接工艺、提高接头质量和促进惯性摩擦焊接技术发展具有重要意义。 本文运用有限元软件MSC.Marc建立了GH4169合金环形件惯性摩擦焊接过程的二维轴对称热力耦合有限元模型,模型中采用了网格重划分技术以提高计算精度。考虑到惯性摩擦焊接过程中的温度变化,采用叠加原理对Y.S.NA建立的GH4169合金动态再结晶数学模型进行修正。借助MSC.Marc二次开发,将修正后的GH4169合金动态再结晶数学模型与热力耦合有限元模型相结合,同时采用了数据传递技术来解决网格重划分对组织计算的影响。利用集成后的模型对GH4169合金环形件惯性摩擦焊接过程进行了数值模拟,得到并分析了焊接过程中的温度场、应力应变场、动态再结晶分数和平均晶粒尺寸的分布变化规律。 对实际焊后接头的宏观形貌和焊接面附近区域的微观组织进行观察分析,并与模拟结果进行了比较。结果表明:接头外形、动态再结晶区的分布以及焊合区内平均晶粒尺寸的模拟结果均与实验结果吻合较好。


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