【摘 要】
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GH4169高温合金的热加工和冷加工性能优良,常作为航空航天等领域的高温部件用材,由于工作环境对于材料的组织性能具有较高要求,因此有必要采用特殊的处理及生产手段对此类材料进行改良。多向锻造技术作为一种典型的剧烈塑性变形工艺,通过对锻件施加不同载荷方向的压缩变形来实现晶粒组织的显著细化,从而获得显著提高的综合力学性能。本文在闭式多向锻造（Closed multidirectional forging
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GH4169高温合金的热加工和冷加工性能优良,常作为航空航天等领域的高温部件用材,由于工作环境对于材料的组织性能具有较高要求,因此有必要采用特殊的处理及生产手段对此类材料进行改良。多向锻造技术作为一种典型的剧烈塑性变形工艺,通过对锻件施加不同载荷方向的压缩变形来实现晶粒组织的显著细化,从而获得显著提高的综合力学性能。本文在闭式多向锻造（Closed multidirectional forging,CMDF）和单开式多向锻造（Single side open multidirectional forging,SSOMDF）的基础上,创新性提出双开式多向锻造工艺（Bilateral open multidirectional forging,BOMDF）,通过本构方程及动态再结晶模型开发及仿真,确定了三种多向锻造工艺合理的工艺参数选择范围,得到了再结晶分布和演变规律,最终对其进行试验验证。通过热压缩试验,构建了适用于大变形量热变形时的本构方程和动态再结晶模型,建立了GH4169合金的热加工图,实现了多向锻造变形微观组织演变规律的定量描述。对DEFORM软件进行二次开发,实现了动态再结晶体积分数及平均晶粒尺寸变化的仿真。对单开式及双开式多向锻造工艺条件下,800°C、900°C和1000°C时不同道次锻件的等效应变、再结晶体积分数和再结晶晶粒尺寸进行了有限元仿真。通过对闭式多向锻造、单开式多向锻造和双开式多向锻造三种工艺过程的有限元仿真结果进行比较,借助MATLAB软件绘制了锻件的再结晶晶粒尺寸三维分布图,揭示了三种工艺条件下再结晶组织的发展和演变特征,得到了工艺参数对再结晶程度和再结晶晶粒尺寸的影响规律。利用MATLAB软件,建立了GH4169高温合金多向锻造的微观组织神经网络预测模型,实现了对闭式多向锻造、单开式多向锻造和双开式多向锻造合理工艺参数范围内微观组织演化规律与试验结果误差较小的高精度神经网络预测。两种方法对于再结晶晶粒尺寸的预测误差均未超过10%。通过单开式多向锻造试验,对仿真结果进行了验证,并得到了GH4169高温合金等温多向锻造时晶粒细化机制及织构演变规律。9道次之后,平均晶粒尺寸由原始材料的45.0μm降低至15.5μm,晶粒在多向锻造过程中发生明显的转动,多向锻造变形过程中产生大量转角轴为60°/＜111＞的孪晶片层,是导致晶粒细化的主要机制。
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