工程科学学报，第38卷，第4期：532537,2016年4月 Chinese Journal of Engineering,Vol.38,No.4:532-537,April 2016 DOI:10.13374/j.issn2095-9389.2016.04.012:http:/journals.ustb.edu.cn 高Nb一TiAl合金叶片锻造模拟 辛景景，张来启，马向玲，林均品 北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 ☒通信作者，E-mail:zhanglq@ustb.cdu.cn 摘要采用Dfom一3D有限元软件模拟B一y高Nb-TiAl合金叶片等温锻造，分析等效应变场、等效应力场与温度场的分 布.叶片等温锻造中叶身与榫头的等效应变分布均匀，随着上模具压下速度的增大和预热温度的升高，变形过程中等效应力 降低，有利于动态再结晶的发生：上模具压下速度在1.0-1.5mms、预热温度在1250-1300℃有利于提高By高N-TiAl 合金叶片锻件的质量. 关键词钛铝合金；铌：叶片；等温锻造；计算机模拟 分类号TG316.3 Forging simulation of blades of a high niobium containing TiAl based alloy XIN Jingjing,ZHANG Lai-qi,MA Xiang-ling,LIN Jun-pin State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:zhanglg@ustb.edu.cn ABSTRACT The isothermal forging process of blades of a B-y high niobium containing TiAl based alloy was simulated by using a Deform-3D software,with focus on the analysis of the effective strain,effective stress and temperature distributions.The results dem- onstrate that the effective strains of the blade body and rabbet uniformly distribute during the isothermal forging process.With the in- crease of top die speed and preheating temperature,the effective stress decreases and the dynamic recrystallization is easy to take place.The preheating temperature of 1250-1300C and the top die speed of 1.0-1.5mms help to improve the quality of the forged blades. KEY WORDS titanium aluminum alloys:niobium:blades:isothermal forging:computer simulation 高Nb-T合金比普通TiAl合金具有更高的使序B相，B相具有大量的滑移系、低的变形抗力、容易 用温度、高温强度、抗氧化性能以及抗蠕变性能，是未 塑性变形等优点，在高温变形时，B相比a相和y相更 来航空航天最有应用潜力的新一代高温轻质结构材料 容易变形，因此能够提高合金的高温变形能力，有利于 之一.但是，该合金较低的室温塑性和断裂韧性限 热加工的实施@ 制了其工程应用5.获得细小均匀的显微组织是改 目前，人们展开了对BY普通TiAl合金的热变形 善其室温塑性的关键，而热加工能有效破碎粗大的铸 的研究，然而关于By高铌TiA1合金的热变形研究以 态组织，改善其室温塑性P.最近，By普通TAl合 及其Deform模拟研究还很少u.叶片是航空发动机 金引起人们的广泛关注.这一方面是由于该合金是通的重要零部件，在能量转换过程中起关键作用，因此对 过B路径凝固，能够得到细小均匀的等轴晶粒：另一叶片的性能和质量要求很高.锻造航空发动机叶片具 方面是由于该合金中含有大量体心立方结构的高温无 有重要的工程应用价值.由于叶片锻造工艺复杂以及 收稿日期：201504-17 基金项目：北京市自然科学基金资助项目(2162024)：国家重点基础研究发展计划资助项目(2011CB605502)工程科学学报，第 38 卷，第 4 期: 532--537，2016 年 4 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 38，No． 4: 532--537，April 2016 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2016． 04． 012; http: / /journals． ustb． edu． cn 高 Nb--TiAl 合金叶片锻造模拟 辛景景，张来启，马向玲，林均品 北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京 100083  通信作者，E-mail: zhanglq@ ustb． edu． cn 摘 要 采用 Deform--3D 有限元软件模拟 β--γ 高 Nb--TiAl 合金叶片等温锻造，分析等效应变场、等效应力场与温度场的分 布． 叶片等温锻造中叶身与榫头的等效应变分布均匀，随着上模具压下速度的增大和预热温度的升高，变形过程中等效应力 降低，有利于动态再结晶的发生; 上模具压下速度在 1. 0 ～ 1. 5 mm·s － 1、预热温度在 1250 ～ 1300 ℃有利于提高 β--γ 高 Nb--TiAl 合金叶片锻件的质量． 关键词 钛铝合金; 铌; 叶片; 等温锻造; 计算机模拟 分类号 TG316. 3 Forging simulation of blades of a high niobium containing TiAl based alloy XIN Jing-jing，ZHANG Lai-qi ，MA Xiang-ling，LIN Jun-pin State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: zhanglq@ ustb． edu． cn ABSTＲACT The isothermal forging process of blades of a β--γ high niobium containing TiAl based alloy was simulated by using a Deform--3D software，with focus on the analysis of the effective strain，effective stress and temperature distributions． The results dem￾onstrate that the effective strains of the blade body and rabbet uniformly distribute during the isothermal forging process． With the in￾crease of top die speed and preheating temperature，the effective stress decreases and the dynamic recrystallization is easy to take place． The preheating temperature of 1250--1300 ℃ and the top die speed of 1. 0--1. 5 mm·s － 1 help to improve the quality of the forged blades． KEY WOＲDS titanium aluminum alloys; niobium; blades; isothermal forging; computer simulation 收稿日期: 2015--04--17 基金项目: 北京市自然科学基金资助项目( 2162024) ; 国家重点基础研究发展计划资助项目( 2011CB605502) 高 Nb--TiAl 合金比普通 TiAl 合金具有更高的使 用温度、高温强度、抗氧化性能以及抗蠕变性能，是未 来航空航天最有应用潜力的新一代高温轻质结构材料 之一［1--4］． 但是，该合金较低的室温塑性和断裂韧性限 制了其工程应用［5--6］． 获得细小均匀的显微组织是改 善其室温塑性的关键，而热加工能有效破碎粗大的铸 态组织，改善其室温塑性［7--9］． 最近，β--γ 普通 TiAl 合 金引起人们的广泛关注． 这一方面是由于该合金是通 过 β 路径凝固，能够得到细小均匀的等轴晶粒; 另一 方面是由于该合金中含有大量体心立方结构的高温无 序 β 相，β 相具有大量的滑移系、低的变形抗力、容易 塑性变形等优点，在高温变形时，β 相比 α 相和 γ 相更 容易变形，因此能够提高合金的高温变形能力，有利于 热加工的实施［10］． 目前，人们展开了对 β--γ 普通 TiAl 合金的热变形 的研究，然而关于 β--γ 高铌 TiAl 合金的热变形研究以 及其 Deform 模拟研究还很少［11］． 叶片是航空发动机 的重要零部件，在能量转换过程中起关键作用，因此对 叶片的性能和质量要求很高． 锻造航空发动机叶片具 有重要的工程应用价值． 由于叶片锻造工艺复杂以及