[发明专利]一种控制镍基合金微观组织分布的模锻工艺在线规划方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种控制镍基合金微观组织分布的模锻工艺在线规划方法，属于金属零件成形制造技术领域。

背景技术：

相对于自由锻和胎模锻，通过模锻工艺生产得到的锻件具有更高的几何尺寸精度和成形质量，现已成为大批量生产锻件的主要方法。传统模锻工艺规划方法通常根据锻件材料、几何形状等特征，通过对变形过程分析，多次进行模锻试验，最终优化确定合适的模锻成形工艺参数。在实际模锻过程中，严格按照预先规划好的模锻工艺执行，中途不再进行调整。这种传统模锻工艺规划方法能够较好的应用于中等品质的锻件生产，但难以满足生产高品质锻件生产的要求。

根据美、俄等国经验，高品质镍基合金锻件通常需要采用低速等温模锻的生产方式，生产周期长，成本昂贵。在模锻成形过程中，镍基合金锻件复杂的几何形状特征将导致锻坯不同区域的应力应变状态极为复杂，并且成形工艺参数具有强时变性特征，进而导致材料微观组织演变(再结晶行为，δ相溶解等)极为复杂。同时，由于超大惯量模锻装备具有非线性、滞后性、不确定性等特点，在实际运行过程中难以按照预先规划好的模锻工艺精确执行，因而无法达到镍基合金锻件预期的微观组织控制目标。为此，蔺永诚等人(蔺永诚，陈小敏和陈明松.一种面向锻件目标晶粒组织的等温模锻工艺轨迹规划方法.中国:CN106424500A[P],2017–2–22.)发明了一种控制锻件目标晶粒组织的等温模锻工艺轨迹规划方法，该方法以控制局部关键部位的晶粒组织为目标，实现了等温模锻工艺轨迹规划。然而，国内外尚未有学者提出协同控制镍基合金锻件整体微观组织分布的模锻工艺在线规划方法。

因此，本发明提出了一种控制镍基合金锻件微观组织分布的模锻工艺在线规划方法，解决了传统模锻工艺规划方法不能根据实际模锻情况进行灵活调整成形工艺、无法控制锻件内部微观组织分布的难题。该发明方法的推广和应用有助于实现镍基合金锻件微观组织分布的准确控制，为生产高品质的镍基合金锻件提供了有效的技术途径。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种控制镍基合金锻件微观组织分布的模锻工艺在线规划方法，解决了传统模锻工艺规划方法不能根据实际模锻情况进行灵活调整成形工艺、无法控制锻件微观组织分布等难题，为制造高品质的镍基合金锻件提供了有效的技术途径。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：通过在线规划模锻工艺对镍基合金锻件的微观组织分布进行准确控制。该方法包括如下步骤：

步骤1：对模锻成形工艺参数赋初值，并将模锻过程细分为m个子过程；

步骤2：在线采集当前模锻子过程的成形工艺参数，并预测材料的微观组织分布；

步骤3：把当前模锻子过程的成形工艺参数、材料微观组织分布与模锻工艺知识库进行匹配和推理，确定后续模锻子过程的成形工艺参数和材料微观组织分布；

步骤4：把确定的后续模锻子过程的成形工艺参数和材料微观组织分布导入模锻系统，并执行；

步骤5：循环执行步骤2至4，直至模锻结束；

步骤1、2、3、4和5中所述的成形工艺参数是指模锻总行程、成形温度、上模具的下压速度和下压位移；步骤2、3和4中所述的微观组织分布是指动态再结晶体积分数分布、平均晶粒尺寸分布、δ相的动态溶解体积分数分布和剩余含量分布。

步骤2中所述的预测材料的微观组织分布可采用如下方法：

子步骤1：将微观组织分布进行区间划分，分别建立动态再结晶体积分数0～1之间以0.1为间隔、平均晶粒尺寸0～75μm之间以5μm为间隔、δ相动态溶解体积分数0～1之间以0.1为间隔和δ相剩余含量0～12％之间以1％为间隔的区间分布比例预测模型；

子步骤2：对微观组织分布在各个区间内进行逐一建模，模型可以表示为：

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

式中，t和t-1分别表示当前时刻和前一历史时刻，V表示该区间的初始δ相含量，T表示成形温度，v表示下压速度，X代表微观组织在该区间分布的比例，s表示下压位移；

子步骤3：微观组织分布的预测值可以采用下式计算：

式中，TH表示动态再结晶体积分数分布、平均晶粒尺寸分布、δ相动态溶解体积分数分布与剩余含量分布的预测值，n表示微观组织分布区间的个数，X_i表示动态再结晶体积分数分布、平均晶粒尺寸分布、δ相动态溶解体积分数分布与剩余含量分布在第i个区间的分布比例。