GH4169合金环件精密辗轧过程中的运动学与力学分析

摘要摘要由于环件辗轧技术在综合技术经济效益方面具有突出的优势，使得辗轧环件成为了航空、航天领域中高性能环形零件毛坯的主要来源。迄今，环件辗轧技术已发展成为轧制技术、零件制造技术、自动控制技术和材料科学相互交叉的一种先进制造技术，是制造高性能精密环件的首选工艺。G H 4 1 6 9 合金是一种综合性能优异的高温合金，6 H 4 1 6 9 合金在常用的高温合金中具有较高抗拉和屈服强度。此外，G H 4 1 6 9 合金还具有优秀的抗腐蚀性、抗氧化性、耐辐射性能，满意的成形性能以及良好的塑性和长期的组织稳定性，使G H 4 1 6 9 合金成为6 5 0 以下使用的高温合金中综合性能最好的合金。本文针对环件精密轧制尤其是径轴双向复合轧制技术中的关键问题，对双向复合轧制过程中环件的运动学规律和轧制力学关系进行了系统的理论分析、数值模拟和试验研究工作。( 1 ) 环件运动学规律方面，重点针对轧制过程中的接触弧长、双向变形量分配关系、瞬时直径、轧制时间、锥辊转速等关键参数进行了理论上分柝。提出了关键运动学参数的新的计算方法，并对所提出的计算方法和公式进行了试验验证。( 2 ) 轧制力学关系方面，主要针对径向、轴向轧制力、力矩，及其对环件轧制过程的影响进行了理论推导和试验验证，同时采用试验方法研究了环坯尺寸和芯辊尺寸对径向轧制力的影响。( 3 ) 对于径轴双向复合轧制引入了轧制曲线的概念，并对G H 4 1 6 9 合金矩形环件双向轧制过程中轧制曲线的设计方法及其对环件内热力参数的影响进行了理论分析和试验研究。提出一种特殊轧制曲线以提高环件截面内热力参数分布的均匀性。( 4 ) 开展了6 1 1 4 1 6 9 合金矩形环件轧制过程的有限元数值模拟。定量揭示了轧制力和环件内等效应变、等效应变速率、温度的分布规律，并与试验结果进行了对比分析，结合试验环件的金相分析明确了角部温升的原因。本文采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法系统研究了环件径轴双向复合轧制过程中关键参数的变化规律。所提出的计算方法、公式和相关结论可以为完善环件精密轧制理论体系、优化工艺设计和过程控制技术奠定基础。关键字：6 1 4 1 6 9 合金，径轴双向复合轧制，运动学和力学关键参数，轧制曲线，数值模拟西北工业大学硕士学位论文A B S T R A C TA st h ec o m p r e h e n s i v es e r v i c ep e r f o r m a n c ea n dm a n u f a c t u r i n gc o s to fr i n gp r o d u c e db yr i n gr o l l i n gm a c h i n e ，t h i sk i n do f r i n gh a sb e e nt h em a i ns o u r c eo f b l a n ko fs u p e rp r o p e r t yc o m p o n e n tu s e di nt h ea g c ao fa v i a t i o na n da s t r o n a v i g a t i o n N o w ,t h er i n gr o l l i n gp r o c e s sb e c o m e st h ef i r s tc h o s e np r o c e s s i n gw h i c hp r o d u c e st h eh i g hp e r f o r m a n c ea n da c c u r a t er i n g T h et e c h n i q u eo fr i n gr o l l i n gh a sb e c o m eaC R O S Sa d v a n c e dt e c h n i q u eo fm a n u f a c t u r ea m o n gt h er i n gr o l l i n g , p a r t sm a n u f a c t u r i n g ,a u t o m a t i cc o n t r o la n dm a t e r i a ls c i e n c e G H 4 1 6 9a l l o yw h i c hp o s s e s s e sc o m p r e h e n s i v ep r o p e r t y , t e n s i l es t r e n g t ha n dy i e l ds t r e n g t hi sak i n do fh i 【曲t e m p e r a t u r en i c k e lb a s ea l l o y s I na d d i t i o n , i th o l d se x c e l l e n tc o r r o s i o nr e s i s t a n tp r o p e r t y , i n o x i d i z a b l ep r o p e r t y , S Oi tu s u a l l ye m p l o y e di nt u r b i n ea n de n g i n er i n g T h i sp a p e ra i m sa tr e s e a r c h i n gt h ek i n e m a t i c sa n dm e c h a n i c si nr a d i a la n da x i a lr i n gr o l l i n gp r o c e s s , w h i c hb a s e do nt h et r i a l su s i n gt h em i l lR A W5 0 0 - 4 0 0 , 3 0 0 0 - 7 0 0p r o d u c e db yW a g n e rB a n n i n gC o m p a n yi nG e r m a n y I nk i n e m a t i c sr e s e a r c h , t h em a i ns u b j e c t si n v e s t i g a t e da r ec o n t a c tl e n g t h , r a d i a la n da x i a ld i s t r i b u t i o no fd e f o r m a t i o na m o u n t ，i n s t a n td i a m e t e r , r o l l i n gt i m ea n dt a p e rr o l ls p e e d , a n dd e d u c e dt h ec o m p u t e dm e t h o do ft h e s ev a r i a b l e sa n dp r o v e dt h ec o m p u t i n gr e s u l t sb yt r i a l I nm e c h a n i c sr e s e a r c h ，t h em a i ns u b j e c t si n v e s t i g a t e da r er a d i a la n da x i a lr o l l i n gf o r c ea n dt o r q u e M o r e o v e r , t h i sp a p e ri n v e s t i g a t e dt h ei n f l u e n c eo fb l a n kd i m e n s i o na n dm a n d r e ld i a m e t e ro nt h er a d i a lr o l l i n gf o r c ea sw e l l T h i sp a p e rl e a d st ot h ec o n c e p to fr o l l i n gc u r v e , a n di n v e s t i g a t e dt h er o l l i n gc u r v ei nt h er i n gr o l l i n gp r o c e s so fG H 4 1 6 9a l l o yw i mr e c t a n g l ec r o s s - s e c t i o n B e s i d e s ，a n o t h e rs p e c i a lk i n do fr i n gr o l l i n gc u g v eh a sb e e nm e n t i o n e di no r d e rt oa v o i dt h et e m p e r a t u r ei nt h ec o m ro fr i n gr i s i n gt o om u c ha n dg e t t i n gau n i f o r mm i c r o s t m c t u r e N u m e r i c a ls i m u l a t i o no f r a d i a lr i n gr o l l i n gp r o c e s si sa l s od e v e l o p e df o rG H 4 1 6 9a l l o y T h o s ef i e l dv a r i a b l e se q u i v a l e n tp l a s t i cs t r a i n , e q u i v a l e n tp l a s t i cs t r a i nr a t e ，t e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o na n dr o l l i n gf o r c ea r ei n v e s t i g a t e d , a n dc o m p a r e dw i t ht h er e s u l t st e s t e db ye x p e r i m e n t s T h i sp a p e ra l s oa n a l y z e dt h er e a s o n so f t h et e m p e r a t u r ei nt h ec o r n e ro f r i n gr i s i n gb ym i c r o s t r u c t u r ei nr i n g K e yw o r d s ：G H 4 1 6 9a l l o y , r a d i a l - a x i a lr i n gr o l l i n g , m a i np a r a m e t e r si nk i n e m a t i c sa n dm e c h a n i c s ，r o l l i n gc u l “ v e , n u m e r i c a ls i m u l a t i o nI I西北工业大学业学位论文知识产权声明书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西北工业大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西北工业大学。保密论文待解密后适用本声明。 学位论文作者签名：壶盹们们年弓月q 日指导教师签名：砌7 年7 月27 日西北工业大学学位论文原创性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人郑重声明