[發(fā)明專利]一種控制鎳基合金微觀組織分布的模鍛工藝在線規(guī)劃方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710539922.3
• 申請(qǐng)日: 2017-07-05
• 公開（公告）號(hào): CN107273635A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 藺永誠;溫東旭;諶東東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;B21J5/02
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技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種控制鎳基合金微觀組織分布的模鍛工藝在線規(guī)劃方法，屬于金屬零件成形制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

相對(duì)于自由鍛和胎模鍛，通過模鍛工藝生產(chǎn)得到的鍛件具有更高的幾何尺寸精度和成形質(zhì)量，現(xiàn)已成為大批量生產(chǎn)鍛件的主要方法。傳統(tǒng)模鍛工藝規(guī)劃方法通常根據(jù)鍛件材料、幾何形狀等特征，通過對(duì)變形過程分析，多次進(jìn)行模鍛試驗(yàn)，最終優(yōu)化確定合適的模鍛成形工藝參數(shù)。在實(shí)際模鍛過程中，嚴(yán)格按照預(yù)先規(guī)劃好的模鍛工藝執(zhí)行，中途不再進(jìn)行調(diào)整。這種傳統(tǒng)模鍛工藝規(guī)劃方法能夠較好的應(yīng)用于中等品質(zhì)的鍛件生產(chǎn)，但難以滿足生產(chǎn)高品質(zhì)鍛件生產(chǎn)的要求。

根據(jù)美、俄等國經(jīng)驗(yàn)，高品質(zhì)鎳基合金鍛件通常需要采用低速等溫模鍛的生產(chǎn)方式，生產(chǎn)周期長，成本昂貴。在模鍛成形過程中，鎳基合金鍛件復(fù)雜的幾何形狀特征將導(dǎo)致鍛坯不同區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)極為復(fù)雜，并且成形工藝參數(shù)具有強(qiáng)時(shí)變性特征，進(jìn)而導(dǎo)致材料微觀組織演變(再結(jié)晶行為，δ相溶解等)極為復(fù)雜。同時(shí)，由于超大慣量模鍛裝備具有非線性、滯后性、不確定性等特點(diǎn)，在實(shí)際運(yùn)行過程中難以按照預(yù)先規(guī)劃好的模鍛工藝精確執(zhí)行，因而無法達(dá)到鎳基合金鍛件預(yù)期的微觀組織控制目標(biāo)。為此，藺永誠等人(藺永誠，陳小敏和陳明松.一種面向鍛件目標(biāo)晶粒組織的等溫模鍛工藝軌跡規(guī)劃方法.中國:CN106424500A[P],2017–2–22.)發(fā)明了一種控制鍛件目標(biāo)晶粒組織的等溫模鍛工藝軌跡規(guī)劃方法，該方法以控制局部關(guān)鍵部位的晶粒組織為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了等溫模鍛工藝軌跡規(guī)劃。然而，國內(nèi)外尚未有學(xué)者提出協(xié)同控制鎳基合金鍛件整體微觀組織分布的模鍛工藝在線規(guī)劃方法。

因此，本發(fā)明提出了一種控制鎳基合金鍛件微觀組織分布的模鍛工藝在線規(guī)劃方法，解決了傳統(tǒng)模鍛工藝規(guī)劃方法不能根據(jù)實(shí)際模鍛情況進(jìn)行靈活調(diào)整成形工藝、無法控制鍛件內(nèi)部微觀組織分布的難題。該發(fā)明方法的推廣和應(yīng)用有助于實(shí)現(xiàn)鎳基合金鍛件微觀組織分布的準(zhǔn)確控制，為生產(chǎn)高品質(zhì)的鎳基合金鍛件提供了有效的技術(shù)途徑。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于提供一種控制鎳基合金鍛件微觀組織分布的模鍛工藝在線規(guī)劃方法，解決了傳統(tǒng)模鍛工藝規(guī)劃方法不能根據(jù)實(shí)際模鍛情況進(jìn)行靈活調(diào)整成形工藝、無法控制鍛件微觀組織分布等難題，為制造高品質(zhì)的鎳基合金鍛件提供了有效的技術(shù)途徑。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：通過在線規(guī)劃模鍛工藝對(duì)鎳基合金鍛件的微觀組織分布進(jìn)行準(zhǔn)確控制。該方法包括如下步驟：

步驟1：對(duì)模鍛成形工藝參數(shù)賦初值，并將模鍛過程細(xì)分為m個(gè)子過程；

步驟2：在線采集當(dāng)前模鍛子過程的成形工藝參數(shù)，并預(yù)測(cè)材料的微觀組織分布；

步驟3：把當(dāng)前模鍛子過程的成形工藝參數(shù)、材料微觀組織分布與模鍛工藝知識(shí)庫進(jìn)行匹配和推理，確定后續(xù)模鍛子過程的成形工藝參數(shù)和材料微觀組織分布；

步驟4：把確定的后續(xù)模鍛子過程的成形工藝參數(shù)和材料微觀組織分布導(dǎo)入模鍛系統(tǒng)，并執(zhí)行；

步驟5：循環(huán)執(zhí)行步驟2至4，直至模鍛結(jié)束；

步驟1、2、3、4和5中所述的成形工藝參數(shù)是指模鍛總行程、成形溫度、上模具的下壓速度和下壓位移；步驟2、3和4中所述的微觀組織分布是指動(dòng)態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)分布、平均晶粒尺寸分布、δ相的動(dòng)態(tài)溶解體積分?jǐn)?shù)分布和剩余含量分布。

步驟2中所述的預(yù)測(cè)材料的微觀組織分布可采用如下方法：

子步驟1：將微觀組織分布進(jìn)行區(qū)間劃分，分別建立動(dòng)態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)0～1之間以0.1為間隔、平均晶粒尺寸0～75μm之間以5μm為間隔、δ相動(dòng)態(tài)溶解體積分?jǐn)?shù)0～1之間以0.1為間隔和δ相剩余含量0～12％之間以1％為間隔的區(qū)間分布比例預(yù)測(cè)模型；

子步驟2：對(duì)微觀組織分布在各個(gè)區(qū)間內(nèi)進(jìn)行逐一建模，模型可以表示為：

X(t)＝f[V(t),T(t),v(t),s(t),X(t-1),s(t-1)] (1)

式中，t和t-1分別表示當(dāng)前時(shí)刻和前一歷史時(shí)刻，V表示該區(qū)間的初始δ相含量，T表示成形溫度，v表示下壓速度，X代表微觀組織在該區(qū)間分布的比例，s表示下壓位移；

子步驟3：微觀組織分布的預(yù)測(cè)值可以采用下式計(jì)算：

式中，TH表示動(dòng)態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)分布、平均晶粒尺寸分布、δ相動(dòng)態(tài)溶解體積分?jǐn)?shù)分布與剩余含量分布的預(yù)測(cè)值，n表示微觀組織分布區(qū)間的個(gè)數(shù)，X_i表示動(dòng)態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)分布、平均晶粒尺寸分布、δ相動(dòng)態(tài)溶解體積分?jǐn)?shù)分布與剩余含量分布在第i個(gè)區(qū)間的分布比例。