GH4738合金涡轮盘锻造过程的集成式模拟及应用<sup>*</sup>

doi:10.3724/SP.J.1037.2013.00675

金属学报

2014, Vol. 50

Issue (7): 821-831 DOI: 10.3724/SP.J.1037.2013.00675

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GH4738合金涡轮盘锻造过程的集成式模拟及应用^*

李林翰, 董建新, 张麦仓, 姚志浩(

)

北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083

INTEGRATED SIMULATION OF THE FORGING PROCESS FOR GH4738 ALLOY TURBINE DISK AND ITS APPLICATION

LI Linhan, DONG Jianxin, ZHANG Maicang, YAO Zhihao(

)

School of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083

引用本文:

李林翰, 董建新, 张麦仓, 姚志浩. GH4738合金涡轮盘锻造过程的集成式模拟及应用^*[J]. 金属学报, 2014, 50(7): 821-831.
Linhan LI, Jianxin DONG, Maicang ZHANG, Zhihao YAO. INTEGRATED SIMULATION OF THE FORGING PROCESS FOR GH4738 ALLOY TURBINE DISK AND ITS APPLICATION[J]. Acta Metall Sin, 2014, 50(7): 821-831.

全文: PDF(8158 KB) HTML

摘要:

基于GH4738合金的热流变应力模型及晶粒组织演变模型, 提出并实现了利用Deform 3D^TM软件对该合金涡轮盘从自由锻前预热直至模锻完成的整个锻造过程的集成式模拟. 借助集成式模拟实现了对锻件在整个锻造过程中温度、平均晶粒尺寸等参数的定量控制. 同时采用直径300 mm涡轮盘的实际锻造结果验证了所用模型和该模拟方法的可靠性. 最后, 把集成式模拟运用于直径1450 mm涡轮盘盘件的锻造过程模拟, 并根据模拟优化方案在8×10⁴ t锻压机下成功锻制直径1450 mm涡轮盘盘件. 为大型变形高温合金涡轮盘的锻造成型提供了工艺优化的理论依据和研究方法.

关键词 ： GH4738合金, 涡轮盘, 集成式模拟

Abstract：

In order to control the grain size of forged turbine disk of wrought superalloy like GH4738 more effectively, constitutive equations and grain structure evolution models of GH4738 alloy are used in Deform 3D^TM for achieving integrated simulation of whole forging process of GH4738 alloy turbine disk (from preheating billet for upsetting to die forging). By using of integrated simulation, the variation of temperature, average grain size, etc., during the whole forging process has been explored, making it possible to control these parameters quantitatively. Comparing with traditional simple stage simulation, results of integrated simulation are more consistent with corresponding experimental results of forged turbine disk (300 mm in diameter). Therefore, the reliability of the integrated simulation is verified. Finally, with the application of integrated simulation, GH4738 alloy turbine disk with a diameter of 1450 mm has been successfully forged by 8×10⁴t forging press. This work provides a more practical simulation method for helping the process design of forging large turbine disk.

Key words： GH4738 alloy turbine disk integrated simulation

收稿日期: 2013-10-25

ZTFLH:

TG132.32

基金资助:*国家高技术研究发展计划资助项目2012AA03A513

作者简介: null

李林翰, 男, 1989年生, 博士生

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图1 GH4738合金开坯后棒料的典型金相组织

图2 GH4738合金涡轮盘锻造流程示意图

图3 GH4738合金晶粒微观组织演变过程的有限元计算流程

图4 集成式模拟中棒料在自由锻前预热过程中温度和晶粒尺寸变化

图5 经1060和1080 ℃加热不同时间的平均晶粒尺寸变化

图6 不同转移时间下各位置模拟温降情况及实测值

图7 单一自由锻模拟与集成式模拟中坯料自由锻前后的平均晶粒尺寸分布

图8 单一自由锻模拟与集成式模拟中坯料自由锻前后的温度分布

图9 集成式模拟中坯料在自由锻空冷后的平均晶粒尺寸分布

图10 集成式模拟中镦粗后坯料在模锻前预热过程中温度和晶粒尺寸变化

图11 模锻预热完的包套坯料不同转移时间下各位置模拟温降情况及实测值

图12 转移时间达210 s的包套坯料模锻后的表面裂纹

图13 单一自由锻模拟与集成式模拟中坯料模锻前后的温度分布

图15 集成式模拟中坯料在模锻空冷后的平均晶粒尺寸分布

图16 直径300 mm涡轮盘锻造集成式模拟中, 中心纵截面最终平均晶粒尺寸分布与实际锻后的晶粒组织

图17 单一模拟方法得到的直径300 mm涡轮盘中心纵截面在锻造后的最终平均晶粒尺寸分布

图18 集成式模拟中中心纵截面1~5各位置点平均晶粒尺寸在锻造过程8个阶段中的变化

图19 集成式模拟的直径1450 mm涡轮盘在某工艺方案及其改进方案下锻后最终平均晶粒尺寸分布

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