D0I:10.13374/j.issm1001053x.2010.11.019 第32卷第11期 北京科技大学学报 Vol 32 N911 2010年11月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing Noy 2010 工艺参数对690合金管材热挤压出口温度的影响 孙朝阳刘金榕李瑞张清东 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要结合等温压缩实验获得的690合金本构关系。建立了该合金管热挤压过程的有限元模型该模型考虑了坯料与模 具的热传导、对流换热及摩擦功与塑性功的热转换.模拟结果表明：坯料在变形区附近温度开始升高。进入变形区内急刷升 高，且在模孔出口靠近芯棒处温度达到最高.芯棒附近的温度大于挤压筒附近的温度：填充挤压阶段结束时出现最大温升.分 析得到了工艺参数对出口温度的影响规律：挤压速度越大，出口温度越高，速度过慢将会使出口温度下降严重：坯料预热温度 越高。出口温升越小：当摩擦因数小于0.04时，摩擦因数对出口温度影响很小但摩擦因数大于Q1时出口温度明显升高. 关键词高温合金：镍合金：管材：挤压：温度；有限元分析 分类号TG3769 Effect of process param eters on the exit temperature of IN690 alloy tubes during hot extrusion SN Chaayang LU Jin rong LIRui ZHANGQing-dong Schpol ofMechanical Engineerng University of Science and Techokgy Beijing Beijng 100083 China ABSTRACT Based on he constiti tive elatonsh p of N690 alloy obtned by isohemal compessicn a fnite elm entmodel of hot extrusion was established pr 1690 alpy ubes In he model he heat conducton between the billet and hedie the convection of heat transfer and he hem al conversion of plastic work and fricton work were taken inp account Siu lation results show that he billet temperaure sarts o risewhen he billet approaches toward he depmation zone and increases rapidy when comng inp he depmation zone and the temperaure peaks at te d ie hole's outlet near the mandrel Besies the billet mperature aound the mand rel is h gher than hat beside he con miner The temperaure rise reaches the peak at he end of the fillng extrusion stage The influence of process Parm eters on he outlet tem peraue was analyzed It is indicated hat he outet temperaure increases with extrusion speed and reduces seriousy when the extrus ion speed spws but he rise of outlet temperaure decreases when the preheatng tmperature of the billet in creases When the friction coefficient is less than04 the frictpn coeffiienthas little effect an the outet temperau but if he fric ton coeffcient becomes greater than0.1 he exit temperature will sign ificanty increase KEY WORDS superallcys nickel alloys ubes extrusion tmperature finite ekment analysis 690(Incanel690)合金是具有优异抗多种水 越来越迅速蒸发器用690合金传热管的需求也 性介质和高温气氛侵蚀能力的镍基高温变形合金， 越来越多.690合金无缝管的生产多采用热挤压 而且具有高的强度、良好的治金稳定性和优良的加 的方式，由于镍基高温合金自身变形抗力大、热加工 工特性？.由于其具有显著的抗氧化能力和优异 窗口温度范围窄，决定了高温合金的热挤压过程采 的抗应力腐蚀能力，被广泛应用于核蒸汽机的关键 用高温并配合大的挤压速度.高温合金挤压温度很 零部件，例如，目前国际上压水堆核电站中的蒸发 高，坯料与工模具温差大，使得换热剧烈，且合金热 器传热管基本上都选用690合金管到.随着工业 加工窗口温度窄，因而研究高温合金管挤压过程坯 的发展，世界对绿色能源的需求促使核电站的发展 料温度变化具有重要的意义. 收稿日期：2010一04一21 基金项目：国家自然科学基金钢铁研究联合基金重点项目(N050831008) 作者简介：孙朝阳(1976一，男，博土.，讲师Ema到nc@ust edy cn第 32卷 第 11期 2010年 11月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.11 Nov.2010 工艺参数对 IN690合金管材热挤压出口温度的影响 孙朝阳 刘金榕 李 瑞 张清东 北京科技大学机械工程学院, 北京 100083 摘 要 结合等温压缩实验获得的 IN690合金本构关系, 建立了该合金管热挤压过程的有限元模型, 该模型考虑了坯料与模 具的热传导、对流换热及摩擦功与塑性功的热转换.模拟结果表明:坯料在变形区附近温度开始升高, 进入变形区内急剧升 高, 且在模孔出口靠近芯棒处温度达到最高, 芯棒附近的温度大于挤压筒附近的温度;填充挤压阶段结束时出现最大温升.分 析得到了工艺参数对出口温度的影响规律:挤压速度越大, 出口温度越高, 速度过慢将会使出口温度下降严重;坯料预热温度 越高, 出口温升越小;当摩擦因数小于 0.04时, 摩擦因数对出口温度影响很小, 但摩擦因数大于 0.1时出口温度明显升高. 关键词 高温合金;镍合金;管材;挤压;温度;有限元分析 分类号 TG376.9 EffectofprocessparametersontheexittemperatureofIN690 alloytubesduring hotextrusion SUNChao-yang, LIUJin-rong, LIRui, ZHANGQing-dong SchoolofMechanicalEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China ABSTRACT BasedontheconstitutiverelationshipofIN690 alloyobtainedbyisothermalcompression, afiniteelementmodelofhot extrusionwasestablishedforIN690 alloytubes.Inthemodeltheheatconductionbetweenthebilletandthedie, theconvectionofheat transfer, andthethermalconversionofplasticworkandfrictionworkweretakenintoaccount.Simulationresultsshowthatthebillet temperaturestartstorisewhenthebilletapproachestowardthedeformationzoneandincreasesrapidlywhencomingintothedeformation zone, andthetemperaturepeaksatthedieholesoutletnearthemandrel.Besides, thebillettemperaturearoundthemandrelishigher thanthatbesidethecontainer.Thetemperaturerisereachesthepeakattheendofthefillingextrusionstage.Theinfluenceofprocess parametersontheoutlettemperaturewasanalyzed.Itisindicatedthattheoutlettemperatureincreaseswithextrusionspeedandreduces seriouslywhentheextrusionspeedslows, buttheriseofoutlettemperaturedecreaseswhenthepreheatingtemperatureofthebilletin￾creases.Whenthefrictioncoefficientislessthan0.04, thefrictioncoefficienthaslittleeffectontheoutlettemperature, butifthefric￾tioncoefficientbecomesgreaterthan0.1 theexittemperaturewillsignificantlyincrease. KEYWORDS superalloys;nickelalloys;tubes;extrusion;temperature;finiteelementanalysis 收稿日期:2010-04-21 基金项目:国家自然科学基金钢铁研究联合基金重点项目(No.50831008) 作者简介:孙朝阳(1976— ), 男, 博士, 讲师, E-mail:suncy@ustb.edu.cn IN690 (Inconel690)合金是具有优异抗多种水 性介质和高温气氛侵蚀能力的镍基高温变形合金 , 而且具有高的强度、良好的冶金稳定性和优良的加 工特性 [ 1 -2] .由于其具有显著的抗氧化能力和优异 的抗应力腐蚀能力, 被广泛应用于核蒸汽机的关键 零部件 .例如, 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] .随着工业 的发展 ,世界对绿色能源的需求促使核电站的发展 越来越迅速, 蒸发器用 IN690合金传热管的需求也 越来越多 .IN690合金无缝管的生产多采用热挤压 的方式,由于镍基高温合金自身变形抗力大 、热加工 窗口温度范围窄, 决定了高温合金的热挤压过程采 用高温并配合大的挤压速度.高温合金挤压温度很 高, 坯料与工模具温差大, 使得换热剧烈 ,且合金热 加工窗口温度窄, 因而研究高温合金管挤压过程坯 料温度变化具有重要的意义 . DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2010.11.019