粉末高溫合金等溫成形模具升溫熱負荷分析

張明杰， 李付國， 王淑云

（1.西北工業大學材料學院，西安710072;2.凝固技術國家重點實驗室，西安710072;3.北京航空材料研究院，北京 100095）

FGH96合金作為我國第二代粉末高溫合金，是生產航空發動機渦輪盤的必選材料。然而，由于應變速率敏感性較高、變形抗力大、鍛造溫度范圍窄，該合金對熱成形工藝有很高的要求［1，2］。隨著工業技術的發展，對材料的生產和加工工藝要求不斷提高。Ni-11Co-17W-6Al-8Ta合金是北京航空材料研究院研制的一種鎳基高溫合金，高溫下能夠表現出較高的強度和抗裂性能，主要用于FGH96合金等難變形材料的高溫鍛造模具。然而，目前工廠實際生產過程中模具升溫制度依然取決于工程技術人員的經驗，并沒有從材料熱變形機理和模具承載特性上對升溫過程進行系統的研究與優化。升溫過程中由于模具受熱產生變形，導致模具內部熱應力通常表現為拉應力，且在模具升溫過程中溫度場分布不均，模具局部容易出現應力集中。盡管模具損壞失效形式主要出現在鍛造過程中，如熱磨損、熱疲勞斷裂和塑性變形等，但一般模具表面和內部不可避免地存在微觀缺陷，由升溫速率較快而引起的熱負荷和熱疲勞對模具壽命的影響也較大［3］。如果應力達到缺陷的臨界擴展值時，則會導致整個模具失效。因此，控制模具升溫參數就顯得尤為重要。

目前，生產過程中主要通過降低升溫速率和階段保溫來降低模具內的熱應力，而保溫次數的增加必然導致模具內應力出現波動，可能引發低周疲勞。……