D0L:10.13374/.issn1001-053x.2011.04.008 第33卷第4期 北京科技大学学报 Vol.33 No.4 2011年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2011 高温合金管材挤压变形及挤压工艺的流函数法研究 毛艺伦区张清东孙朝阳 北京科技大学机械工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:me8I8@me.usth.cu.cn 摘要针对690高温合金管材在挤压过程中挤压力大及预测不准等问题，以优化设计挤压工艺和参数进而实现降低挤压 力、减少能耗为目标，应用流函数法建模分析挤压变形过程和建立挤压力求解模型，得到了稳定挤压时金属的速度流线.研究 了挤压温度、摩擦因数和模具角度等因素对挤压力的影响规律，建立了、690高温合金管材挤压工艺参数与挤压力的关系. 以挤压力最小为优化目标，优化设计了最佳挤压温度和模具角度. 关键词高温合金：镍合金：挤压：流函数法：优化 分类号TG376.9 Study on extrusion forming of superalloy tubes by flow function method MAO Yi-lun,ZHANG Qing-dong.SUN Chao-yang School of Mechanical Engineering.University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China Corresponding author,E-mail:me818@me.ustb.edu.cn ABSTRACT There exist high extrusion force and its inaccurate forecast in the extrusion process of an IN690 superalloy tube.After the flow function method was used to analyze the extrusion process and to construct a mathematical model of solving the extrusion force, the flow lines of the superalloy were presented in the stable extrusion state.The relationship between technological parameters and ex- trusion force of the IN690 superalloy tube was determined on the basis of studying the effects of extrusion temperature,friction coeffi- cient and mold angle on the extrusion force.The extrusion temperature and mold angle were optimized by minimizing the extruding force. KEY WORDS superalloys;nickel alloys;extrusion:flow function:optimization 镍基高温变形合金Inconel690(IN690)具有优 差分析得到了镁合金管材热挤压中工艺参数与产品 异的抗多种水性介质和高温气氛侵蚀的能力，以及 力学性能的关系；陈昆)利用有限元软件Ansys/ 高的强度、良好的冶金稳定性、优良的加工特 Ls_Dya建立挤压模型，分析了钢管热挤压中工艺参 性回]，因而被广泛应用于对抗氧化能力及抗应力 数对挤压力的影响，并建立了求解钢管挤压力的经 腐蚀能力有特殊要求的核蒸汽机的关键零部件.目 验公式：Lee等[6研究了IN690合金在高温和高应 前国际上压水堆核电站中的蒸发器传热管基本上都 变速率下力学性能与微观组织结构的关系；任运 选用N690合金管)，而且人类对绿色能源的需求 来在Gleeble--3500热模拟试验机上，采用热压缩 增加促使核电站大量建设，使得蒸发器用IN690合 变形研究了N690合金的高温变形特性，得到了双 金传热管的需求量还会越来越大.因此，解决目前 曲正弦形式的热变形本构方程；吕亚臣等⑧在此基 IN690高温合金管材挤压生产中存在的技术难题， 础上通过绘制N690合金的热加工图，确定了 实现高质量、高效且稳定的生产是迫切和重要的. IN690合金的热挤压工艺参数. 难变形金属管材挤压理论与技术的研究，在国 上述关于管材挤压工艺的研究多采用试验或数 内外一直都是热点课题.Hsiang等o通过试验和方 值模拟的方法，都取得了有价值的学术成果，但所建 收稿日期：2010-06-30 基金项目：国家自然科学基金资助项目(No.50831008)第 33 卷 第 4 期 2011 年 4 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 33 No． 4 Apr． 2011 高温合金管材挤压变形及挤压工艺的流函数法研究 毛艺伦 张清东 孙朝阳 北京科技大学机械工程学院，北京 100083  通信作者，E-mail: me818@ me． ustb． edu． cn 摘 要 针对 IN690 高温合金管材在挤压过程中挤压力大及预测不准等问题，以优化设计挤压工艺和参数进而实现降低挤压 力、减少能耗为目标，应用流函数法建模分析挤压变形过程和建立挤压力求解模型，得到了稳定挤压时金属的速度流线． 研究 了挤压温度、摩擦因数和模具角度等因素对挤压力的影响规律，建立了 IN690 高温合金管材挤压工艺参数与挤压力的关系． 以挤压力最小为优化目标，优化设计了最佳挤压温度和模具角度． 关键词 高温合金; 镍合金; 挤压; 流函数法; 优化 分类号 TG376. 9 Study on extrusion forming of superalloy tubes by flow function method MAO Yi-lun ，ZHANG Qing-dong，SUN Chao-yang School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: me818@ me． ustb． edu． cn ABSTRACT There exist high extrusion force and its inaccurate forecast in the extrusion process of an IN690 superalloy tube． After the flow function method was used to analyze the extrusion process and to construct a mathematical model of solving the extrusion force， the flow lines of the superalloy were presented in the stable extrusion state． The relationship between technological parameters and ex￾trusion force of the IN690 superalloy tube was determined on the basis of studying the effects of extrusion temperature，friction coeffi￾cient and mold angle on the extrusion force． The extrusion temperature and mold angle were optimized by minimizing the extruding force． KEY WORDS superalloys; nickel alloys; extrusion; flow function; optimization 收稿日期: 2010--06--30 基金项目: 国家自然科学基金资助项目( No． 50831008) 镍基高温变形合金 Inconel 690( IN690) 具有优 异的抗多种水性介质和高温气氛侵蚀的能力，以及 高的 强 度、良 好 的 冶 金 稳 定 性、优 良 的 加 工 特 性［1--2］，因而被广泛应用于对抗氧化能力及抗应力 腐蚀能力有特殊要求的核蒸汽机的关键零部件． 目 前国际上压水堆核电站中的蒸发器传热管基本上都 选用 IN690 合金管［3］，而且人类对绿色能源的需求 增加 促使核电站大量建设，使得蒸发器用 IN690 合 金传热管的需求量还会越来越大． 因此，解决目前 IN690 高温合金管材挤压生产中存在的技术难题， 实现高质量、高效且稳定的生产是迫切和重要的． 难变形金属管材挤压理论与技术的研究，在国 内外一直都是热点课题． Hsiang 等［4］通过试验和方 差分析得到了镁合金管材热挤压中工艺参数与产品 力学性能的关系; 陈昆［5］ 利用有限元软件 Ansys/ Ls_Dyna建立挤压模型，分析了钢管热挤压中工艺参 数对挤压力的影响，并建立了求解钢管挤压力的经 验公式; Lee 等［6］研究了 IN690 合金在高温和高应 变速率下力学性能与微观组织结构的关系; 任运 来［7］在 Gleeble--3500 热模拟试验机上，采用热压缩 变形研究了 IN690 合金的高温变形特性，得到了双 曲正弦形式的热变形本构方程; 吕亚臣等［8］在此基 础上 通 过 绘 制 IN690 合 金 的 热 加 工 图，确 定 了 IN690 合金的热挤压工艺参数． 上述关于管材挤压工艺的研究多采用试验或数 值模拟的方法，都取得了有价值的学术成果，但所建 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2011.04.008