一家专注流体压力成形技术
【作 者】方军;吴敏;张涛;张少航;陶悦;刘金龙;靳凯
GH4169高温合金具有疲劳强度高、抗拉强度高、线膨胀系数低、抗氧化和抗腐蚀性能等特性，被广泛应用于航空发动机的关键结构件[1-2]。采用机械切削加工时刀具磨损大，切削也会浪费大量的材料，因而，热锻成形是高温合金构件一种常用的制造方式[3-4]。然而，GH4169高温合金热加工成形温度的范围小，合金需要加工到较高的温度。热锻成形过程受其热锻工艺参数的影响，若其热加工工艺参数控制不当，易出现变形、温度分布不均匀以及强化相改变的现象，因此，需研究该类材料热锻成形过程中关键工艺参数对构件宏观温度场、应力和应变场及组织的影响规律，获得优化的工艺窗口，进而提升锻件的综合性能[5-6]。
许多研究者针对GH4169高温合金热锻工艺开展了大量的研究。汤涛等7建立了GH4169高温合金十二角螺栓头的热锻成形仿真模型，并优化了关键的热锻工艺参数。大型锻件自由锻过程的道次多、流程长，无法通过实验验证锻造过程中再结晶程度及晶粒尺寸的变化。孙志仁等8建立了动态再结晶模型，并通过Gleeble热压缩实验对其进行了验证，然后，采用该动态再结晶模型对典型锻造工艺的墩粗和拔长进行模拟。
本文研究了GH4169高温合金细长杆螺栓零件的热锻成形规律，通过数值仿真对螺栓进行了热锻工艺分析，研究了不同热锻参数(头部初始热锻温度、摩擦因数、下压速率、换热系数、模具预热温度)对螺栓成形过程中应力一应变场、应变均匀性和热锻压力的影响规律，在此基础上获得了优化的热锻成形工艺参数，为高温合金螺栓的热锻工艺实验提供了指导。
【结 论】
（1）对GH4169高温合金螺栓的成形工艺进了优化:单道次锻造成形金属沿螺栓头部的径向流动超限制后，螺栓头部沿长度方向难以完全填充模具，需采用多道次成形的方法对其进行热锻成形。
（2）螺栓锻造过程中最大热锻压力随头部初始热锻温度的增大先增大后减小;随摩擦因数的增大而增大;随下压速率的增大而减小。
（3）热锻过程中应变均匀性随参数变化的规律为:头部初始热锻温度越高、摩擦因数越小、换热系数越小和模具预热温度越高时，应变分布均匀性较好;下压速率选取为5 mm/s时沿竖直路径的应变分布的均匀性最好。
（4）以应变均匀性作为参数优化的口标，获得优化的热锻工艺参数为:头部初始热锻温度为1050℃，摩擦因数为0. 3，下压速率为5mm/s，换热系数为1000 W·(m²·K)-1，模具预热温度为250℃。
（5）通过热锻实验和硬度实验，验证了螺栓多道次热锻成形的可行性和参数优化的合理性。
以下是正文：
