基于FEM法的鎳基合金軋制開裂模型

供稿|武晶晶，蘇麗鳳 / WU Jing-jing, SU Li-feng

內容導讀

文章基于光學顯微鏡和掃描電鏡觀察法研究了鎳基合金管材軋后裂紋產生的原因，并基于有限元(FEM)建立了鎳基合金管材軋制缺陷模型。結果表明：鎳合金管材缺陷為裂紋型缺陷，裂紋萌生于外表面，沿壁厚呈現之字形擴展。鎳基合金缺陷處的晶粒度為10級，正常區域處的晶粒度為8級；鎳基合金裂紋面出現了分層的現象，各層之間清晰可見，屬于脆性斷裂。建立的鎳基合金管材軋制模型與前期實驗結果基本一致，可為尋找鎳基合金管材軋制開裂提供參考。

鎳基合金因具有有效的抗應力腐蝕、抗氧化性，在室溫和高溫的苛刻環境中具有優異的力學性能，廣泛應用于化工和航海設備中的加熱管、熱交換器和蒸發器等結構材料[1]。兩輥周期式軋制因軋制精度高、軋后表面控制良好的特點，廣泛地應用于鎳基合金管材生產過程中。鎳基合金產品軋制后的質量直接決定后期鎳基合金管材生產的成品率和表面質量。西部金屬材料股份有限公司生產的鎳基合金軋制后出現了沿著鎳管長度方向的之字形裂紋缺陷，其具體形貌如圖1—3所示。國內外對鎳管軋制后形成裂紋的原因研究較少，現有文獻主要描述鎳合金焊接或者熱處理不當造成的焊接或熱處理缺陷[3-5]，鮮有對鎳合金管材軋制開裂原因進行分析。有限元(FEM)理論是模擬物體受力或者變形過程的一種方法，廣泛應用于材料加工過程中的受力分析。……