GH4169高溫合金4169鎳基高溫合金
GH4169合金在-253～700℃綜合性能好，溫度范圍650℃變形高溫合金具有以下屈服強度，耐輻射、耐氧化、耐腐蝕，加工焊接性能好。能制造形狀復雜的零件
合金的另一個特點是合金組織對熱加工工藝特別敏感，掌握組織與工藝和性能之間的相互分析和溶解規律，可以根據不同的使用要求制定合理可行的工藝程序，獲得能夠滿足不同強度水平和使用要求的零件。長期使用機箱等部件。
GH4169 化學成分：
GH4169物理性能：
GH4169特性：
GH4169是Ni-Cr-Fe溫度范圍-235°C～650°C,短期使用溫度可達8000°C。合金在650°C以下強度較高
，抗疲勞性好﹑抗輻射﹑耐氧化、耐腐蝕、加工性能好﹑焊接性能和長期組織穩定性。
GH4169 應用:合金已用于制造航空發動機、環件、機箱、軸、葉片、緊固件、彈性元件、燃氣導管、密封元件、焊接結構件等。
使用的各種彈性元件和格架；在石油和化工領域使用的各種零件。
GH4169 葉片冷軋成形過程數值模擬分析
摘 要：用于航空發動機 GH4169 以五級葉片冷軋工藝為研究對象，應用 DEFORM 二次開發子程序，添加適合分析高溫合金塑性變形的有限元軟件 CHABOCHE 本結構模型，然后根據實際工況模擬輥軋工藝的數值，最大輥軋力和延伸量符合實際經驗值，驗證了模擬模型的準確性。對葉片輥軋過程中的材料流動進一步分析，探討了摩擦系數和輥速對葉片輥軋力的影響。
結果表明，輥軋力在初始階段穩定，當軋制到葉體時 2/3 附近，由于后滑，輥軋力迅速增加 40%；摩擦系數對輥軋力和輥軋力矩影響較大，摩擦系數為 0.12 和 0.4 當兩者最大輥軋力相差時 20.2%，軋輥對輥軋力影響不大。
引言
輥軋工藝廣泛應用于高溫合金葉片加工，克服了傳統加工方法周期長、材料利用率低的缺點[1]。
航空發動機葉片具有截面變化、弦寬、扭角等特點，其冷軋加工工藝屬于不穩定變形工藝，工藝難以控制，使葉片工藝設計前滑、壓力、寬度參數難以準確計算，實際生產葉片容易形成弓背、模具壽命低、葉片軋制狀態不穩定、生產效率低，也嚴重影響產品設計和生產周期[2]。
目前，葉片輥軋工藝優化研究主要依靠經驗公式或實驗分析，但經驗公式誤差大，部分環節不可靠，實驗需要大量的人力物力，工作量大，成本高，計算機輔助分析方法成為更有效的解決方案。采用相關實驗或計算公式進行輥軋模擬和驗證，可以有效深入地研究輥軋成型和關鍵工藝參數的影響，從而優化工藝，提高葉片加工質量。采用相關實驗或計算公式進行輥軋模擬和驗證，可以有效深入地研究輥軋成型和關鍵工藝參數的影響，從而優化工藝，提高葉片加工質量。
金屬成型有限元法分為彈性塑性有限元法和剛性塑性有限元法。冷軋中彈性變形占總變形的比例很小。剛性塑性有限元法的應用可以更有效地分析和計算。DEFORM-3D 它是一種基于剛塑性本構關系的有限元分析軟件，廣泛應用于大塑性變形分析，適用于葉片輥軋過程的分析。
2 CHABOCHE 模型二次開發
GH4169 是沉淀硬化鎳基高溫合金，國際品牌Inconel718廣泛應用于航空航天、核工業等高科技產業的深冷高溫場合。CHABOCHE 屬于粘彈性塑性統一結構模型，經過不斷的理論優化和實踐驗證，可以更可靠地分析高溫和各種循環載荷下的塑性變形[3]，更適合描述高溫合金葉片塑性變形[4-5]的機械性能 CHABOCHE 本構方程有多種數學表達形式[]，本研究所涉及的本構方程主要包括以下項目
對葉片材料 GH4169 與循環硬化相關的建模和簡化有關 CHABOCHE 模型包含 11 其中，K，n 材料率敏感特性常數；a，c 相關背應力演化參數；Q，b，k 初始屈服強度和各向同性硬化參數。如表 1 作者通過拉伸試驗、對稱和非對稱加載試驗，并使用相關參數值 L-M 獲得非線性優化算法。如表 1 作者通過拉伸試驗、對稱和非對稱加載試驗，并使用相關參數值 L-M 獲得非線性優化算法。
將上述公式(1)~公式(3)嵌入到用戶子程序中，并定義相關的自變量，以便在滾動過程中查看這些變量的變化，成為整個有限元程序運行的一部分。項目共 4 個子程序（USRMTR、USRUPD、USR、USRMSH），計算自定義單元和節點變量，存儲數據等功能，包括變量賦值。
3 設置模擬參數
在生產中選擇航空發動機 GH4169 五級葉片，輥軋狀態如圖所示 1 所示。葉片寬度為 30mm，葉體厚度不均勻，其中最薄的部位約為 0.4mm。
由于研究對象是葉片，模具設置為剛體[8]，滾動過程網格變化劇烈，需要不斷劃分網格重量，綜合考慮計算精度和效率，選擇四面體進行網格劃分，采用軟件局部網格細化功能，網格密度設置為 0.6.并設置詳細的比例 0.最終單元數為01 18536 一、最小單元約 0.3mm。
運動過程分為 2 部分，首先，軋輥被迫咬入胚料，兩個軋輥相互平動，盆模速度 10mm/s，背模靜止，步長設置為 0.1mm，總步數 100 步驟；然后軋輥旋轉，使坯料通過形槽形成葉片形狀，這部分設置在第一位 1 部運行后，重新打開 DB 在運算末步的基礎上，在運動設置的旋轉選項中，輸入輥的速度為0.8rad/s，設置兩輥速轉向相反，總時間為 1s。
邊界約束條件是限制榫頭部分，限制部分自由度。在平移過程中，限制榫頭四個表面胚胎材料的延伸方向和寬度方向的平移自由度；在滾動旋轉過程中，限制榫頭四個表面胚胎材料的寬度方向和壓力方向的平移自由度。同時，使用軟件自帶的Active inmeshing設置體積補償[9]，摩擦系數選擇剪切摩擦模型[10]
4 結果分析
取坯料上的 4 如圖所示 2 所示，其中 P1 點位于開始咬入位置，P2 點位于穩定輥軋區，P3、P4 位于葉體末端。4 點坐標依次為，P（1 0，0，0）；P（2 0，0，9）；P（3 0，0，17.5）；P（4 0，0，25）。
滾動過程中，模具擠壓葉片胚胎材料，使葉片材料沿縱向和橫向流動，其出口速度>圓周速度>進口速度，從模擬結果可以看出，整個葉片滾動過程前后滑嚴重影響塑性變形過程，垂直總延伸約為 5.3mm，約占葉體長度 20%與實際情況一致。
同時，由于后滑，材料在葉片上堆積 2/3 在生產在葉片工藝設計中必須充分考慮前后滑動的影響，研究葉片輥軋過程中的材料流動可以為預防缺陷提供思路。
轉速 0.8rad/s、摩擦系數 0.12 如圖3所示 4 所示。
轉速 0.8rad/s、摩擦系數 0.12 如圖3所示 4 所示。對最大輥軋力和最大輥軋力矩值進行分類。相應的值是根據相對成熟的工程經驗公式計算的，比如表 2 所示：
最大輥軋力與最大輥軋力矩的模擬計算值與工程經驗計算值相差不大。由于實際工況下多個參數無法控制，可以認為兩者的計算結果基本相同 CHABOCHE 模擬本構模型的計算結果更可信。
輥軋初期，輥軋力在 100000N 附近波動穩定，隨著輥軋后期，輥軋力和輥軋扭矩迅速增加，通過分析，相關現象是滑動材料積累的結果，隨著軋制，材料逐漸積累到葉片滑動區，導致軋制區厚度增加，壓力逐漸增加，輥軋力增加。
4.1 摩擦系數影響分析
在冷軋過程中，盆模和背模擠壓葉片胚，摩擦系數必然會影響葉片的形成。在實際生產中，由于模具表面狀態，容易造成設備故障和產品缺陷，因此摩擦系數的分析對葉片的形成起著重要作用。0.12和00摩擦系數.如圖5所示，4工況下的輥軋力對比。如圖所示，在輥軋力的最大位置，兩個摩擦系數輥軋力的差異 171963-143006=28957N，達到 20.2%輥軋過程平均輥軋力對比 112064-105237=6827N，摩擦系數由 0.12 到 0.四、輥軋力增加 6.5%，摩擦系數對輥軋力影響較大。降低摩擦系數有利于降低輥軋力，采用各種加工方法提高模具表面粗糙度，改善潤滑，可降低輥軋所需設備噸位，延長盆模背模在軋制過程中的使用壽命，降低生產成本。
實際生產中的重要問題。取摩擦系數 0.12，軋輥轉速 2rad/s 分析，得到的輥軋力變化如圖所示 6 所示。最大輥軋力為 144112N，與轉速0.8rad/s 比較工況下最大輥軋力，差異 144112-143006=1106N，平均輥軋力差 106397-105237=1160N，增大約 1%。軋輥轉速增加 在67%的情況下，輥軋力只會增加 1%，所以在保證葉片成型質量的同時，可以選擇較大的軋輥速度來提高工作效率，不需要過多考慮軋輥力。
4 結論
通過二次開發 CHABOCHE 嵌入材料模型 DEFORM-3D在軟件中，對航空發動機葉片軋制過程進行了模擬分析，比較了最大輥軋力和延伸量的模擬值和工程經驗值，模擬結果更可信。
(1)葉片軋制過程中，前后滑嚴重影響塑性變形過程，整個模擬過程的延伸量達到 大約20%與實際情況一致。
(2)葉片輥軋初期輥軋力和扭矩相對穩定，當軋制至葉體時 2/3 處輥軋力和輥軋力矩顯著增加，其中輥軋力增加約 40%。
(3)摩擦系數對輥軋力和輥軋力矩影響較大，摩擦系數 0.12 和 0.4 兩者最大輥軋力差 降低摩擦系數具有重要的現實意義。
(4)軋輥轉速對軋輥軋力和軋輥扭矩影響不大。在一定范圍內，軋輥轉速增加 輥軋力僅增加67% 因此，為了生產效率，可以選擇合適的軋輥速度。
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