江河等：高温合金617B管材热挤压特征及工艺优化控制 ·487· 则所决定的区间进行比较可知当挤压比不大于4.3 性温度准则，如A区域所示：挤压速度为68~140 时，满足617B合金组织可控的挤出性准则. mm·s-'时，荒管壁厚心部晶粒尺寸为30~40μm,满 采用类似的表征方式，可以利用控制准则对挤 足组织精确控制准则，如B区域所示.两个区域的交 压速度、管坯预热温度等工艺参数范围进行优化，如 集即为满足组织可控挤出性准则的挤压速度区间： 图13所示.在图13(a)中，当挤压速度不高于116 68~1l6mms-.同理可得若满足组织可控挤出性准 mms-时，管坯最高温度低于1250℃，满足可挤出 则，管坯预热温度范围是1145~1195℃（图13(b)). 1280() 1280 50 。一管坯最高温度 。管坯最高温度 荒管壁厚心部品粒尺寸 1270 。一荒管壁厚心部晶粒尺寸 1270 D-=40m 1260 1260 40 40 1D.=40m T=1250℃ Tm=1250℃ !组织精确 35 ,组织精确控制准则 1240 ·控制准则 1230 1240 B iD.=30 um 度雅则_二30m 30。 1220 25雲 1230 A 温度准 1210 20 406080100120140160180200220 1080 1100 1140117012001230 挤压速度mm·s) 管坯顶热温度℃ 图13高温合金617B满足组织可控挤出性准则的参数范围.(a)挤压速度范围：(b)管坯预热温度范围 Fig.13 Parameter optimization of superalloy 617B guided by microstructure-based hot extrusion process control principle:(a)extrusion speed:(b) preheating temperature of billet 轴向形状尺寸均匀，表面质量较好.荒管壁厚心部 4 工艺优化结果验证 组织如图14所示，热挤压后呈现出均匀的等轴晶组 根据有限元计算结果，采用组织可控挤出性准 织，晶粒尺寸均匀，平均晶粒尺寸34μm.实际生产 则对工艺参数进行优化，根据优化后的工艺参数进 结果再次证明，本研究中所构建的有限元模拟方法 行高温合金617B的热挤压，顺利得到了617B合金 以及组织可控的挤出性准则在指导617B合金管材 荒管，挤压过程中未发生开裂、“闷车”等问题，管材 热挤压生产过程中具有实际指导意义. (a 火2100mm 图14高温合金617B荒管.(a)热挤压后宏观形貌：(b)荒管壁厚心部组织形貌 Fig.14 Morphology of superalloy 617B tube:(a)macro morphology after hot extrusion:(b)microstructure of the tube 5结论 压力第一峰值和挤压结束阶段的第二峰值 (2)高温合金617B小口径管材卧式挤压中合 本文利用DEFORM--2D有限元软件对高温合 金满足组织可控挤出性准则的参数范围是：挤压速 金617B小口径管材卧式挤压的温度、载荷以及组 度范围是68~116mm·s-1,管坯预热温度范围是 织变化规律进行了模拟，对热挤压的特点进行了分 1145~1195℃，挤压比不大于4.3. 析：并结合实际生产提出了组织可控的挤出性准则， 利用该准则对617B合金热挤压工艺参数进行优 参考文献 化.主要得到如下结论： [Viswanathan R,Henry J F,Tanzosh J,et al.US program on ma- (1)高温合金617B管材热挤压过程中管材温 terials technology for ultra-supercritical coal power plants.I Mater 度明显偏离管坯预热温度，存在明显的局部温升和 Eng Perform,2005,14(3):281 温降现象；载荷随时间变化，存在挤压开始阶段的挤 [2]Tytko D,Choi PP,Klower J,et al.Microstructural evolution of a江 河等: 高温合金 617B 管材热挤压特征及工艺优化控制 则所决定的区间进行比较可知当挤压比不大于 4. 3 时，满足 617B 合金组织可控的挤出性准则． 采用类似的表征方式，可以利用控制准则对挤 压速度、管坯预热温度等工艺参数范围进行优化，如 图 13 所示． 在图 13( a) 中，当挤压速度不高于 116 mm·s － 1时，管坯最高温度低于 1250 ℃，满足可挤出 性温度准则，如 A 区域所示; 挤压速度为 68 ～ 140 mm·s － 1时，荒管壁厚心部晶粒尺寸为 30 ～ 40 μm，满 足组织精确控制准则，如 B 区域所示． 两个区域的交 集即为满足组织可控挤出性准则的挤压速度区间: 68 ～ 116 mm·s － 1 ． 同理可得若满足组织可控挤出性准 则，管坯预热温度范围是1145 ～ 1195 ℃( 图13( b) ) ． 图 13 高温合金 617B 满足组织可控挤出性准则的参数范围． ( a) 挤压速度范围; ( b) 管坯预热温度范围 Fig． 13 Parameter optimization of superalloy 617B guided by microstructure-based hot extrusion process control principle: ( a) extrusion speed; ( b) preheating temperature of billet 4 工艺优化结果验证 根据有限元计算结果，采用组织可控挤出性准 则对工艺参数进行优化，根据优化后的工艺参数进 行高温合金 617B 的热挤压，顺利得到了 617B 合金 荒管，挤压过程中未发生开裂、“闷车”等问题，管材 轴向形状尺寸均匀，表面质量较好． 荒管壁厚心部 组织如图 14 所示，热挤压后呈现出均匀的等轴晶组 织，晶粒尺寸均匀，平均晶粒尺寸 34 μm． 实际生产 结果再次证明，本研究中所构建的有限元模拟方法 以及组织可控的挤出性准则在指导 617B 合金管材 热挤压生产过程中具有实际指导意义． 图 14 高温合金 617B 荒管． ( a) 热挤压后宏观形貌; ( b) 荒管壁厚心部组织形貌 Fig． 14 Morphology of superalloy 617B tube: ( a) macro morphology after hot extrusion; ( b) microstructure of the tube 5 结论 本文利用 DEFOＲM--2D 有限元软件对高温合 金 617B 小口径管材卧式挤压的温度、载荷以及组 织变化规律进行了模拟，对热挤压的特点进行了分 析; 并结合实际生产提出了组织可控的挤出性准则， 利用该准则对 617B 合金热挤压工艺参数进行优 化． 主要得到如下结论: ( 1) 高温合金 617B 管材热挤压过程中管材温 度明显偏离管坯预热温度，存在明显的局部温升和 温降现象; 载荷随时间变化，存在挤压开始阶段的挤 压力第一峰值和挤压结束阶段的第二峰值． ( 2) 高温合金 617B 小口径管材卧式挤压中合 金满足组织可控挤出性准则的参数范围是: 挤压速 度范围是 68 ～ 116 mm·s － 1，管坯预热温度范围是 1145 ～ 1195 ℃，挤压比不大于 4. 3． 参 考 文 献 ［1］ Viswanathan Ｒ，Henry J F，Tanzosh J，et al． US program on ma￾terials technology for ultra-supercritical coal power plants． J Mater Eng Perform，2005，14( 3) : 281 ［2］ Tytko D，Choi P P，Klwer J，et al． Microstructural evolution of a · 784 ·