Численное исследование эволюции микроструктуры никелевого сплава в процессе горячей пластической обработки

  • Анатолий Алексеевич Роговой Институт механики сплошных сред УрО РАН
  • Нелли Камилевна Салихова Институт механики сплошных сред УрО РАН
Ключевые слова: горячая пластическая обработка, эволюция микроструктуры, динамическая рекристаллизация, модель Джонсона-Мела-Аврами-Колмогорова, напряженно-деформированное и тепловое состояния, свободная осадка, никелевый сплав

Аннотация

Рассматривается операция горячей обработки давлением массивной заготовки, в процессе которой происходит осадка до заданного технологией диаметра при средней осевой деформации в 32,5%. Материалом заготовки является жаропрочный никелевый сплав Waspalloy, широко использующийся в авиационной промышленности. Структурное состояние деформированного сплава, а следовательно, и его механические свойства зависят от многих факторов: степени деформации, скорости деформирования, рекристаллизации сплава в ходе деформации. Поэтому требуется комплексное изучение процесса пластического течения материала и влияния на его характеристики параметров деформирования. В работе представлены результаты численного исследования деформированного и температурного состояний заготовки в процессе свободной осадки, что позволило проанализировать изменение микроструктуры никелевого сплава при пластическом деформировании с разными скоростями осадки (50 и 100 мм/c). Определены изменения формы боковой поверхности заготовки и усилия, требуемые для осуществления процесса. Численное моделирование проводилось в программном пакете DEFORM-2D/3D, основанном на методе конечных элементов. Средний размер зерна и доля рекристаллизованных зерен в массивном слитке рассчитывалась в рамках модели Джонсона-Мела-Аврами-Колмогорова (Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov, JMAK). Моделирование показало, что наибольшее изменение микроструктуры сплава имеет место в области интенсивной пластической деформации. При скорости осадки 100 мм/c наблюдается более мелкозернистая структура по сравнению со структурой при скорости 50 мм/c.

Литература


  1. Горелик С.С., Добаткин С.В., Капуткина Л.М. Рекристаллизация металлов и сплавов. М.: МИСИС, 2005. 432 c.

  2. Рекристаллизация металлических материалов / Под ред. Ф. Хесснера. М.: Металлургия, 1982. 352 с.

  3. Паршин В.С., Карамышев А.П., Некрасов И.И., Пугин А.И., Федулов А.А. Практическое руководство к программному комплексу DEFORM-3D. Екатеринбург: УрФУ, 2010. 266 с.

  4. Семашко М.Ю., Шеркунов В.Г., Чигинцев П.А. Моделирование в среде DEFORM микроструктуры металлических образцов, подвергнутых интенсивной пластической деформации // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2013. № 1. С. 57-61.

  5. DEFORMТМ Microstructure modeling lab. Scientific Forming Technologies Corporation, 2007. 7 p.

  6. Прикладная теория пластичности / Под ред. К.М. Иванова. СПб.: Политехника, 2011. 375 с.

  7. Теория пластических деформаций металлов / Под ред. Е.П. Унксова, А.Г. Овчинникова. М.: Машиностроение, 1983. 598 с.

  8. Avrami M. Kinetics of phase change. I. General theory // J. Chem. Phys. 1939. Vol. 7. P. 1103-1112. https://doi.org/10.1063/1.1750380

  9. Avrami M. Kinetics of phase change. II. Transformation-time relations for random distribution of nuclei // J. Chem. Phys. 1940. Vol. 8. P. 212–224. https://doi.org/10.1063/1.1750631

  10. Avrami M. Kinetics of phase change. III. Granulation, phase change, and microstructure // J. Chem. Phys. 1941. Vol. 9. P. 177-184. https://doi.org/10.1063/1.1750872

  11. Johnson W.A., Mehl R.F. Reaction kinetics in process of nucleation and growth // Trans. Am. Inst. Min. Met. Eng. 1939. Vol. 135. P. 416-442.

  12. Srolovitz D.J., Grest G.S., Anderson M.P. Computer simulation of grain growth – V. Abnormal grain growth // Acta Metall. 1985. Vol. 33. P. 2233-2247. https://doi.org/10.1016/0001-6160(85)90185-3

  13. An D., Pan S., Huang L., Dai T., Krakauer B., Zhu M. Modeling of ferrite-austenite phase transformation using a cellular automation model // ISIJ Int. 2014. Vol. 54. P. 422-429. https://doi.org/10.2355/isijinternational.54.422

  14. Raabe D. Celluar automata in materials science with particular reference to recrystallization simulation // Ann. Rev. Mater. Res. 2002. Vol. 32. P. 53-76. https://doi.org/10.1146/annurev.matsci.32.090601.152855

  15. Meccozi V.G., Eiken J., Santofimia M.J., Sietsma J. Phase field modeling of microstructural evolution during the quenching and partitioning treatment in low-allloy steels // Comput. Mater. Sci. 2016. Vol. 112. Part A. P. 245-256. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2015.10.048

  16. DEFORMТМ 3D Version 6.1 (sp2). User’s Manual. Scientific Forming Technologies Corporation, 2008. 415 p.

  17. Алимов А.И., Воронежский Е.В. Математическое моделирование эволюции микроструктуры поковки в процессе термомеханической обработки // Наука и образование. 2011. № 8. 15 с.

Опубликован
2019-09-30
Как цитировать
Роговой, А. А., & Салихова, Н. К. (2019). Численное исследование эволюции микроструктуры никелевого сплава в процессе горячей пластической обработки. Вычислительная механика сплошных сред, 12(3), 271-280. https://doi.org/https://doi.org/10.7242/1999-6691/2019.12.3.23
Раздел
Статьи