GH5188合金电流辅助扩散连接/气胀成形性能研究

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钴基高温合金GH5188相比于镍基高温合金具备较高的初熔温度、更好的抗腐蚀抗氧化性、更好的持久性、优良的抗冷热疲劳性能与焊接性能,在航空航天领域具有广阔的应用发展前景。电流辅助成形技术是一种利用大电流流经金属导体时产生焦耳热从而使金属坯料温度在较短时间内升高至成形所需温度的快速高效的热成形技术,本文将电流辅助成形技术应用到GH5188高温合金板材的扩散连接与气胀成形工艺当中,深入探讨了GH5188高温合金板材在电流辅助扩散连接与气胀成形过程中的工艺特点。首先对GH5188高温合金的电流加热行为展开了研究,对GH5188加热过程进行了理论分析并建立了有限元模型,最后进行了GH5188电流加热实验。通过有限元模拟分析了GH5188双层板电流加热后的温度分布和电流密度分布,由双层板中线温度分布曲线得知GH5188电流加热后板材中间存在均温区。通过GH5188电流加热实验,发现GH5188温度达到平衡后负极温度比正极温度高,存在极性效应。通过改变电源电流大小得到了不同电流密度的升温曲线并分析了其特点。为了探索电流辅助成形技术应用在GH5188高温合金板材扩散连接的可行性,自主设计了全新的电流辅助扩散连接设备。对GH5188电流辅助扩散连接过程进行了有限元分析,通过改变电流加载方式改善了电流辅助扩散连接过程中升温速率过慢的情况,探讨了空洞对电流及温度场的影响。通过实验测试了GH5188合金板材在不同电流密度下电流辅助扩散的平衡温度,并进行了GH5188电流辅助扩散连接实验。对焊缝处进行线扫描分析了各元素分布情况,通过元素分布特点推断出焊缝处析出的物质大部分为M6C。最后对试件进行了剪切强度测试,当电流密度10A/mm2,扩散连接压力12MPa,保温时间45min时的剪切强度为615MPa。最后探究了GH5188高温合金板材电流辅助气胀成形试件的性能,设计了一套电流辅助自由胀形模具,并对GH5188电流辅助自由胀形进行了有限元分析。模拟结果显示随着高径比变大,胀形件顶端温度逐渐降低。在模拟中还发现了电流辅助自由胀形过程中电流流线存在绕流现象。设计了一套板材电流辅助扩散连接/气胀成形装置,可以为GH5188双层结构零部件的制备提供一种加工思路。
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