收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

热等静压整体近净成形Ti6A14V叶盘有限元模拟与性能研究

黄俊  
【摘要】:热等静压工艺(hot isostatic pressing,HIP)是能满足新一代航空发动零件性能要求的重要粉末冶金制造技术,适合用来成形航空钛、镍合金零件。其成形制件的密度、尺寸和性能是靠准确设计的包套和型芯以及工艺参数来确保的,数值模拟能够预测粉末体的变形情况验证包套和型芯结构设计,性能的表征能够帮助确定合适的工艺参数。研究HIP数值模拟和性能表征能从控形和控性上保证零件的质量。本文以Ti6Al4V合金粉末作为成形材料,针对带有叶冠的航空叶盘,设计了相应的包套和型芯方案进行了HIP试验,成形出了质量优良的叶盘零件。探讨了热等静压成形Ti6Al4V粉末叶盘的有限元模拟过程,包括:粉末和包套的屈服准则选取、本构方程选定、有限元列式和边界条件确定等,同时,将模拟结果和试验进行对比验证了模拟方法的准确性。此外,在同时升温升压(工艺1)和先升温后升压(工艺2)下分别进行了热等静压试验,并观测了制件的微观组织、测试拉伸性能和分析了断口形貌以及断裂机理;测试疲劳极限和分析了疲劳断口以及疲劳失效机理;测试了室温冲击韧性等。另外,针对带有复杂扭曲结构的零件HIP成形难致密的问题,提出了热等静压两步成形法,并提出了数值模拟和试验测试结合的方法确定工艺参数。将两步法成形的制件和传统HIP法进行对比,表征工艺性能。本文主要得到以下结论:(1)粉末材料适用于基于Von Mises屈服准则进行修正的多孔结构双参数模型。使用Perzyna本构模型计算Ti6Al4V合金粉末HIP成形中的粘塑性形变行为,包套在X和Y上的变形的模拟结果均稍大于实验结果,在径向上的最大误差为4%,轴向上的最大误差为2.27%,误差在令人满意的范围内,能够较准确的预测零件的最终形状。(2)两种HIP工艺下合金均主要由灰(黑)色α相和白色β相两相组成,β相沿α相边界分布。工艺1下能观测到较明显的呈连续空间网状结构的等轴晶区,工艺2下则没有。工艺1下Ti6Al4V合金的抗拉强度σb和屈服强度σ0.2分别为970MPa和876MPa;工艺2的分别为980MPa和880MPa。制件室温拉伸性能相均高于同规模Ti6Al4V铸件水平,与同规模Ti6Al4V锻件相当,工艺2的性能比工艺1略有提高。(3)工艺1试样的疲劳极限为350MPa,工艺2为450MPa,两种工艺的疲劳极限寿命均与航空锻件标准(539Mpa,f=130Hz,棒材)有一定差距,工艺2下制件疲劳性能较工艺1有较大提升。断口分析表明:疲劳裂纹从颗粒边界萌生。裂纹源区氧含量高于扩展区,表明颗粒氧含量杂质影响冶金结合,氧含量较高的区域易形成缺陷萌生疲劳裂纹。优化后的工艺2能够促进冶金结合,提高疲劳性能。(4)对两种工艺下成形制件进行室温下的夏比冲击韧性测试,测出工艺1制件冲击韧性为44.2 J/cm2,工艺2则为55.1 J/cm2,,大大优于工艺1的冲击韧性。(5)热等静压两步成形法成形高温合金零件可以在保证控形效果的基础上,使零件难以致密处达到致密,保证零件性能均一性。热等静压两步成形法的首次工艺参数通过有限元模拟的方法确定;二次HIP工艺参数根据成形试件力学性能测试结果确定。两步成形法制件组织颗粒边界消失,断口形貌未见近球状凹坑,粉末冶金结合牢固。拉伸性能达到同规模锻件水平,稍微优于传统HIP工艺。综上,本文选择了合适的粉末HIP屈服准则和Perzyna本构模型,模拟效果准确。同时通过表征拉伸、疲劳、冲击性能,得出先升温后升压HIP工艺下制件性能总体优于同时升温升压HIP的结论。此外还为两步HIP法成形复杂难致密零件提供了参考。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 孙世杰;;2005年国际热等静压会议在法国巴黎举行[J];粉末冶金工业;2006年03期
2 孙世杰;;第九届国际热等静压研讨会将在美国加利福尼亚召开[J];粉末冶金工业;2007年06期
3 路讯;;瑞典鲍迪克公司投资大型热等静压系统[J];粉末冶金工业;2009年02期
4 王三囡;热等静压[J];机械工程材料;1978年05期
5 俞新法;赵如;;热等静压技术的发展动向[J];重型机械;1983年06期
6 宋兴海,孙本双;铍的冷热等静压[J];稀有金属与硬质合金;1994年01期
7 廖际常;热等静压生产大型粉末冶金近形产品[J];稀有金属快报;1999年12期
8 胡耀波,熊惟皓,张冰,任云青,刘方友,林真;工艺流程对热等静压试样性能的影响[J];硬质合金;2001年03期
9 关明鑫;热等静压在粉末冶金中的应用[J];天津冶金;2001年05期
10 ;热等静压技术[J];新技术新工艺;2006年12期
11 谢东华;鲜晓斌;冷邦义;曾家权;李耀强;;热等静压钒的组织和性能研究[J];粉末冶金技术;2007年05期
12 张义文;;热等静压技术新进展[J];粉末冶金工业;2009年04期
13 ;热等静压工艺在改善铸造高温合金质量中的应用[J];机械工程材料;1979年06期
14 黄荣芳,唐亚俊,李英敖;热等静压在铸造涡轮叶片上的应用[J];机械工程材料;1981年04期
15 蒋正典;热等静压技术的应用和发展[J];机械工程材料;1983年04期
16 赵如;;美国的热等静压技术的发展[J];重型机械;1983年06期
17 陈建种;用热等静压法消除铸件缺陷[J];机械工程材料;1984年06期
18 韩鸿硕;;铸件的热等静压工艺——一项新技术[J];国外导弹与宇航;1984年08期
19 庄汉锐;国外HIP系统的应用[J];机械工程材料;1985年01期
20 李万象;粉末冶金的技术动向[J];兵器材料科学与工程;1986年07期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 董平;陈裕泽;邹觉生;;热等静压复合残余应力分布[A];中国工程物理研究院科技年报(2001)[C];2001年
2 葛昌纯;夏元洛;陈利民;;先进陶瓷的热等静压与我国第一台“双2000”高温热等静压机[A];94'全国结构陶瓷、功能陶瓷、金属/陶瓷封接学术会议论文集[C];1994年
3 况春江;钟海林;毕景维;程东凯;匡星;李泉;;粉末冶金高氮不锈钢的研究[A];2009全国粉末冶金学术会议论文集[C];2009年
4 董平;李瑞文;;热等静压复合残余应力的分布研究[A];中国核学会核材料分会2007年度学术交流会论文集[C];2007年
5 齐志宇;李静;杨大正;;高压热等静压工艺烧结超细WC-10Co硬质合金[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年
6 邬军;徐磊;雷家峰;刘羽寅;;粉末冶金TA7 ELI合金的制备及其界面反应层[A];第十四届全国钛及钛合金学术交流会论文集(上册)[C];2010年
7 石红春;郑冉;鲁泥藕;黄万才;霍承松;杨海;;热等静压(HIP)对CVDZnSe透过率的影响[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集(上册)[C];2009年
8 史玉升;薛鹏举;王基维;刘凯;魏青松;;难加工材料复杂金属零件热等静压近净成形技术研究[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年
9 向士凯;任大鹏;鲜晓斌;姜桂芬;;热等静压扩散连接样品结合界面的TEM、SEM研究[A];中国工程物理研究院科技年报(1999)[C];1999年
10 宋睿丰;余怀之;霍承松;黄万才;鲁泥藕;;热等静压(HIP)过程对CVD ZnS显微结构的影响[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王基维;难加工材料热等静压近净成形工艺基础及零件性能研究[D];华中科技大学;2012年
2 薛鹏举;Ti6Al4V粉末热等静压近净成形工艺研究[D];华中科技大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴言;具有功能涂层的Ti6Al4V叶盘热等静压一体化成形工艺研究[D];华中科技大学;2015年
2 黄俊;热等静压整体近净成形Ti6A14V叶盘有限元模拟与性能研究[D];华中科技大学;2015年
3 蔺广科;钛合金热等静压近净成形过程数值模拟及制件性能研究[D];华中科技大学;2012年
4 侯志强;热等静压近净成形的模拟研究及实验验证[D];华中科技大学;2011年
5 张羽廷;热等静压处理对铀表面铝(钛)镀层及界面特性的影响[D];中国工程物理研究院;2010年
6 陈祎;硬质合金烧结—热等静压炉内温度场的实验研究与数值仿真[D];中南大学;2005年
7 曲兵兵;不锈钢粉末热等静压成形模拟与包套制造工艺研究[D];华中科技大学;2009年
8 郭瑞鹏;粉末冶金钛合金力学性能与热等静压致密化研究[D];东北大学;2014年
9 陈浩泽;ZLSi7Cu2Mg合金热等静压工艺研究[D];中北大学;2015年
10 张谦;热等静压Inconel625合金组织与性能研究[D];华中科技大学;2013年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978