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,84. 北京科技大学学报 第32卷 式中，e为应变速率，σ为峰值应力，R为气体常数， T为变形温度， 表1GH4169合金化学成分（质量分数） Table 1 Chemn ical composition ofGH4169 alby % C Si Mn Cr B AI Mo Fe Ti Nb Ni 0.05 0.30 0.20 19.0 0.006 0.5 3.0 18.0 1.0 5.3 其余 500 a 900℃ 0.181 1.0s1 400 =70% 600 990℃ E-70% 950℃ 500 950℃ 300 990℃ m 990℃ 1040℃ 200 300 1040℃ 200 100 100 0.3 0.6 0.9 1.2 0.3 0.6 0.9 1.2 真应变 真应变 700 (c) 900℃ 20g 6o0- 70% 950℃ 500 990气 1040℃ 200 100 0.3 0.6 0.9 1.2 真应变 图1不同应变速率下GH4169合金应力应变曲线.(a)0.1:(b)1.01;(c)201 Fig 1 Tme stress stran curves ofGH4169 alloy at different stmain mates (a)0.1s;(b)1.0s;(c)20s 整个模具系统采用H13热作模具钢.由于模具 材料参数如表2所示.模拟中的管坯尺寸为：外径 被看作刚性体，所以其弹性模量、泊松比和热膨胀系 217mm,内径82mm,长度200mm;挤压后的管材尺 数不予考虑，管坯和模具在数值模拟过程中采用的 寸为：外径108mm,内径82mm 表2管坯与模具的材料参数 Table 2 Panmeters of billets and the die 弹性模 密度/ 热导率/ 比热容/ 对流换热系数/接触热传导系数/线膨胀 参数 材料 泊松比 量GPa (kgm-3)(Wm1.K-1)(5kg1.K1)(wm2K1)(wm-2.K-1)系数k 坯料 GH4169 202.7 0.37 8.24×103 27.6 704 200 2.5×10 1.86X105 模具 H13 7.8×103 28.4 560 200 2.0×10 1.2模拟过程挤压参数 本次模拟所采用的挤压参数为：挤压速度100 挤压简 150,200250和300mm·s,模具模角20°，25°， 模具 30和45°摩擦因数0.05,0.10.15和0.2，坯料预 定径带 坯料 热温度10401050,1060,1070和1080℃；坯料端部 穿孔针 圆角半径Q15,20和30mm 图2数值模拟的挤压模型 1.3数值模拟模型 Fig 2 Extmuision process model in nmerical smnulation 图2为本实验中采用的基本模型.挤压力由水 对称的方式，模型中坯料、挤压筒、模具和穿孔针均 压机提供，坯料由右向左运动，通过锥模，由模孔经 进行离散化处理，统一采用四边形节点单元，由于 定径带挤出.由于几何上的对称性，本模型采用轴 变形过程中存在模具与管坯之间的热交换以及热功北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 式中ε · 为应变速率σ为峰值应力Ｒ为气体常数 Ｔ为变形温度． 表 1 ＧＨ4169合金化学成分 （质量分数 ） Ｔａｂｌｅ1 ＣｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＧＨ4169ａｌｌｏｙ ％ Ｃ Ｓｉ Ｍｎ Ｃｒ Ｂ Ａｌ Ｍｏ Ｆｅ Ｔｉ Ｎｂ Ｎｉ 0∙05 0∙30 0∙20 19∙0 0∙006 0∙5 3∙0 18∙0 1∙0 5∙3 其余 图 1 不同应变速率下 ＧＨ4169合金应力应变曲线．（ａ）0∙1ｓ－1；（ｂ）1∙0ｓ－1；（ｃ）20ｓ－1 Ｆｉｇ．1 Ｔｒｕｅｓｔｒｅｓｓ-ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅｓｏｆＧＨ4169ａｌｌｏｙａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｒａｉｎｒａｔｅｓ：（ａ）0∙1ｓ－1；（ｂ）1∙0ｓ－1；（ｃ）20ｓ－1 整个模具系统采用 Ｈ13热作模具钢．由于模具 被看作刚性体所以其弹性模量、泊松比和热膨胀系 数不予考虑．管坯和模具在数值模拟过程中采用的 材料参数如表 2所示．模拟中的管坯尺寸为：外径 217ｍｍ内径 82ｍｍ长度 200ｍｍ；挤压后的管材尺 寸为：外径 108ｍｍ内径 82ｍｍ． 表 2 管坯与模具的材料参数 Ｔａｂｌｅ2 Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｂｉｌｌｅｔｓａｎｄｔｈｅｄｉｅ 参数 材料 弹性模 量／ＧＰａ 泊松比 密度／ （ｋｇ·ｍ－3） 热导率／ （Ｗ·ｍ－1·Ｋ－1） 比热容／ （Ｊ·ｋｇ－1·Ｋ－1） 对流换热系数／ （Ｗ·ｍ－2·Ｋ－1） 接触热传导系数／ （Ｗ·ｍ－2·Ｋ－1） 线膨胀 系数／Ｋ－1 坯料 ＧＨ4169 202∙7 0∙37 8∙24×103 27∙6 704 200 2∙5×104 1∙86×10－5 模具 Ｈ13 － － 7∙8×103 28∙4 560 200 2∙0×104 － 1∙2 模拟过程挤压参数 本次模拟所采用的挤压参数为：挤压速度 100 150200250和 300ｍｍ·ｓ －1；模具模角 20°25° 30°和 45°；摩擦因数 0∙050∙10∙15和 0∙2；坯料预 热温度1040105010601070和1080℃；坯料端部 圆角半径 01520和 30ｍｍ． 1∙3 数值模拟模型 图 2为本实验中采用的基本模型．挤压力由水 压机提供坯料由右向左运动通过锥模由模孔经 定径带挤出．由于几何上的对称性本模型采用轴 图 2 数值模拟的挤压模型 Ｆｉｇ．2 Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｍｏｄｅｌｉｎｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 对称的方式．模型中坯料、挤压筒、模具和穿孔针均 进行离散化处理统一采用四边形节点单元．由于 变形过程中存在模具与管坯之间的热交换以及热功 ·84·