粉末高温合金等温成形模具升温热负荷分析

张明杰， 李付国， 王淑云

（1.西北工业大学材料学院，西安710072;2.凝固技术国家重点实验室，西安710072;3.北京航空材料研究院，北京 100095）

FGH96合金作为我国第二代粉末高温合金，是生产航空发动机涡轮盘的必选材料。然而，由于应变速率敏感性较高、变形抗力大、锻造温度范围窄，该合金对热成形工艺有很高的要求［1，2］。随着工业技术的发展，对材料的生产和加工工艺要求不断提高。Ni-11Co-17W-6Al-8Ta合金是北京航空材料研究院研制的一种镍基高温合金，高温下能够表现出较高的强度和抗裂性能，主要用于FGH96合金等难变形材料的高温锻造模具。然而，目前工厂实际生产过程中模具升温制度依然取决于工程技术人员的经验，并没有从材料热变形机理和模具承载特性上对升温过程进行系统的研究与优化。升温过程中由于模具受热产生变形，导致模具内部热应力通常表现为拉应力，且在模具升温过程中温度场分布不均，模具局部容易出现应力集中。尽管模具损坏失效形式主要出现在锻造过程中，如热磨损、热疲劳断裂和塑性变形等，但一般模具表面和内部不可避免地存在微观缺陷，由升温速率较快而引起的热负荷和热疲劳对模具寿命的影响也较大［3］。如果应力达到缺陷的临界扩展值时，则会导致整个模具失效。因此，控制模具升温参数就显得尤为重要。

目前，生产过程中主要通过降低升温速率和阶段保温来降低模具内的热应力，而保温次数的增加必然导致模具内应力出现波动，可能引发低周疲劳。……