·482 工程科学学报，第41卷，第4期 下方接触（图3(b)),随着接触面积增加，坯料逐渐 显温降，变形抗力增加 填满挤压筒并发生墩粗.当挤压垫行程达到图3 挤压过程中温度、载荷变化均与挤压速度、管坯 (a)中b点时，填充过程基本完成，坯料即将流出模 预热温度等因素相关，而组织又与变形温度、变形速 孔，此时应力集中主要发生在模具锥面上（图3 率等参数直接相关，下文将对挤压工况对挤压过程 (c)).当行程达到图3(a)中c点时，坯料填充满整 中温度变化、峰值载荷和品粒尺寸的影响展开讨论 个挤压区，开始承受三向静水压力，挤压力急剧增 3.1.2挤压速度作用 加，坯料尚未流出模孔时，挤压力达到第一个峰值， 挤压速度是热挤压过程中的重要工艺参数，挤 模具倒角处存在明显的应力集中（图3(）).当坯 压速度的升高会导致变形区坯料应变速率上升，从 料流出模孔后，系统能量得以释放，模具倒角处应力 而使变形抗力增加：高速变形也会导致明显的温 集中消失，挤压力存在小幅回落，图3(e)的应力分 升.此外，随着挤压速度的提高，挤压过程明显缩 布情况对应于图3(a)中d点.此后，随着挤压过程 短，坯料与挤压筒、芯棒和模具间的换热时间减少， 进行，管坯与挤压筒之间存在热交换，管坯温度逐渐 热传递效果降低，同样会使系统温度升高.挤压过 降低，变形抗力逐渐增加，挤压力随着时间推移逐渐 程中最大温升与挤压速度密切相关，尤其对于固溶 上升，出现载荷持续增长阶段（图3(a)中df段），应 强化型合金，随着合金元素固溶强化作用增强，变形 力分布如图3()和(g)所示.挤压结束时，出现外 抗力和温升对挤压速度敏感性更强.图4为高温 载荷第二峰值.两个峰值载荷产生原因不同：第一 合金617B在不同挤压速度下，挤压过程中出现最 峰值出现于管坯即将流出模孔，承受三向压应力时， 高温度时管材的温度分布情况.随着挤压速度的升 其产生主要与材料几何形状发生改变有关：第二峰 高，温升明显增加，当挤压速度达到200mm·s-1时， 值出现在挤压结束时，由于挤压过程中管坯存在明 外壁温升高达100℃. (a) 温度① 温度℃ 温度℃ ■1230 1240 1280 1200 22 1250 180 10 1230 150 1210 090 1120 40 1190 090 1170 1090 1150 030 1060 1130 000 1030 1110 图4不同挤压速度下高温合金617B管坯和荒管温度分布.(a)50mm·s1:(b)100mm"s1:(c)200mmsi Fig.4 Temperature distribution in billet and tube during hot extrusion of superalloy 617B with different extrusion speeds:(a)50 mms1:(b)100 mm's1:(c）200nims-l 挤压后期由于玻璃润滑剂逐渐消耗，保温效果 1160 降低，挤压筒内的未变形坯料温度还会出现明显下 1140 降).尤其在低速挤压过程中，随着挤压时间延长， 管坯与挤压筒的接触换热作用增大，挤压末期管坯 温度明显降低0.图5是高温合金617B热挤压末 期管坯心部最低温度随挤压速度变化规律（未考虑 挤压末期润滑效果改变).当挤压速度为50mm·s1 时，管坯心部温度降至1060℃：当挤压速度升高到 1060 200mm"s-1时，挤压末期管坯心部温度仍能保持在 406080100120140160180200220 挤压速度/(mm·s) 1150℃. 图5高温合金617B挤压结束时管坯心部最低温度与挤压速度 挤压速度的变化对挤压过程中的载荷也会带来 关系 明显的影响（图6）.用σ。表示管坯原始的变形抗 Fig.5 Relationship between the temperature of billet center after hot 力，由于挤压速度增加导致挤压力上升的量用△σ1 extrusion and extrusion speed工程科学学报，第 41 卷，第 4 期 下方接触( 图 3( b) ) ，随着接触面积增加，坯料逐渐 填满挤压筒并发生墩粗． 当挤压垫行程达到图 3 ( a) 中 b 点时，填充过程基本完成，坯料即将流出模 孔，此时应力集中主要发生在模具锥面上 ( 图 3 ( c) ) ． 当行程达到图 3( a) 中 c 点时，坯料填充满整 个挤压区，开始承受三向静水压力，挤压力急剧增 加，坯料尚未流出模孔时，挤压力达到第一个峰值， 模具倒角处存在明显的应力集中( 图 3( d) ) ． 当坯 料流出模孔后，系统能量得以释放，模具倒角处应力 集中消失，挤压力存在小幅回落，图 3( e) 的应力分 布情况对应于图 3( a) 中 d 点． 此后，随着挤压过程 进行，管坯与挤压筒之间存在热交换，管坯温度逐渐 降低，变形抗力逐渐增加，挤压力随着时间推移逐渐 上升，出现载荷持续增长阶段( 图 3( a) 中 df 段) ，应 力分布如图 3( f) 和( g) 所示． 挤压结束时，出现外 载荷第二峰值． 两个峰值载荷产生原因不同: 第一 峰值出现于管坯即将流出模孔，承受三向压应力时， 其产生主要与材料几何形状发生改变有关; 第二峰 值出现在挤压结束时，由于挤压过程中管坯存在明 显温降，变形抗力增加． 挤压过程中温度、载荷变化均与挤压速度、管坯 预热温度等因素相关，而组织又与变形温度、变形速 率等参数直接相关，下文将对挤压工况对挤压过程 中温度变化、峰值载荷和晶粒尺寸的影响展开讨论． 3. 1. 2 挤压速度作用 挤压速度是热挤压过程中的重要工艺参数，挤 压速度的升高会导致变形区坯料应变速率上升，从 而使变形抗力增加; 高速变形也会导致明显的温 升［8］． 此外，随着挤压速度的提高，挤压过程明显缩 短，坯料与挤压筒、芯棒和模具间的换热时间减少， 热传递效果降低，同样会使系统温度升高． 挤压过 程中最大温升与挤压速度密切相关，尤其对于固溶 强化型合金，随着合金元素固溶强化作用增强，变形 抗力和温升对挤压速度敏感性更强［7］． 图 4 为高温 合金 617B 在不同挤压速度下，挤压过程中出现最 高温度时管材的温度分布情况． 随着挤压速度的升 高，温升明显增加，当挤压速度达到 200 mm·s － 1时， 外壁温升高达 100 ℃ ． 图 4 不同挤压速度下高温合金 617B 管坯和荒管温度分布． ( a) 50 mm·s － 1 ; ( b) 100 mm·s － 1 ; ( c) 200 mm·s － 1 Fig． 4 Temperature distribution in billet and tube during hot extrusion of superalloy 617B with different extrusion speeds: ( a) 50 mm·s － 1 ; ( b) 100 mm·s － 1 ; ( c) 200 mm·s － 1 挤压后期由于玻璃润滑剂逐渐消耗，保温效果 降低，挤压筒内的未变形坯料温度还会出现明显下 降［7］． 尤其在低速挤压过程中，随着挤压时间延长， 管坯与挤压筒的接触换热作用增大，挤压末期管坯 温度明显降低［4］． 图 5 是高温合金 617B 热挤压末 期管坯心部最低温度随挤压速度变化规律( 未考虑 挤压末期润滑效果改变) ． 当挤压速度为 50 mm·s － 1 时，管坯心部温度降至 1060 ℃ ; 当挤压速度升高到 200 mm·s － 1时，挤压末期管坯心部温度仍能保持在 1150 ℃ ． 挤压速度的变化对挤压过程中的载荷也会带来 明显的影响( 图 6) ． 用 σ0 表示管坯原始的变形抗 力，由于挤压速度增加导致挤压力上升的量用 Δσ1 图 5 高温合金 617B 挤压结束时管坯心部最低温度与挤压速度 关系 Fig． 5 Ｒelationship between the temperature of billet center after hot extrusion and extrusion speed · 284 ·