江河等：高温合金617B管材热挤压特征及工艺优化控制 ·483· 表示，而高速变形带来的温升效应导致的变形抗力 50 降低量为△σ，.由图5可知，随着挤压速度的降低， 45 挤压结束时温降更加明显.G3合金热挤压的研究 表明，随着挤压速的降低，玻璃润滑剂的消耗量逐渐 40 增加，在挤压末期更易引起剧烈的温降0，由于坯 料温度降低导致的变形抗力增量为Aσ3，热挤压过 35 程中实际的挤压力σ可近似表示为： =Uo+△U1-△2+△U3 (1) 载荷第一峰值出现在变形初期，管坯变形量有 250608010012014016018020 挤压速度mm·s) 限，温升作用不明显，主要是由变形速率升高导致的 图7挤压速度对高温合金617B荒管壁厚心部品粒尺寸的影响 变形抗力增加，因此第一峰值随着挤压速度的升高 Fig.7 Effect of hot extrusion speed on the grain size of tube for su- 而逐渐增加：第二峰值增加呈现先降低后增加的趋 peralloy 617B 势.第二峰值的变化还需考虑时间和温度效应的影 响.随着挤压速度降低，挤压时间延长，管坯与模具 随着挤压速度的增加不断升高，而第二峰值先降低 间的热交换作用更加明显，管坯温度逐渐降低，同样 后增加. 会引起变形抗力升高 3.1.3管坯预热温度作用 管坯预热温度会对挤压过程产生明显影响.当 24 第二峰值 管坯预热温度较低时，合金变形抗力较大，变形过程 中因塑性变形产生的热量较高，温升幅度较大.如 22 图8(a)所示，随着管坯预热温度的升高，挤压过程 第一峰值 中的最高温度明显上升：但由于提高管坯预热温度 20 会使合金软化，因此最大温升随着管坯预热温度的 升高而逐渐降低.随着预热温度升高合金软化，所 18 需载荷明显减小，挤压力第一峰值和第二峰值均持 17 406080100120140160180200220 续下降（图8(b)).金属流动性随温度升高而增强， 挤压速度mm·g 在690合金热挤压研究中发现，管坯预热温度从 图6高温合金617B热挤压过程中峰值载荷随挤压速度变化 1100℃升高到1250℃时，平均应变速率从128s-1升 Fig.6 Variation of peak loading with extrusion speed of superalloy 高到170s1.温度升高也会促进动态再结晶的发 617B during hot extrusion 生.在两种因素共同作用下高温合金617B荒管壁 挤压过程中变形温度和变形速率的变化最终会 厚心部晶粒尺寸随着管坯预热温度的升高而增加 影响管材的晶粒尺寸，高温合金617B荒管壁厚心 (图8(c)).当管坯预热温度大于1180℃时，荒管 部晶粒尺寸随挤压速度的升高明显增加（图7）.一 晶粒尺寸增加更为明显，这一趋势与管坯最高温度 方面，在热挤压过程中随着挤压速度的升高，管坯的 随管坯预热温度变化趋势基本一致，说明温度对荒 温升更为明显（图4），温度升高有利于再结晶的发 管晶粒尺寸影响显著. 生：当变形速率大于1s时，随着变形速率的升高 3.1.4挤压比作用 再结晶的程度和再结晶晶粒尺寸均明显增加. 随着挤压比的上升合金变形程度增加，温升效 另一方面，荒管的晶粒尺寸是由热挤压过程中的动 果更加明显：合金在模孔处的流速明显上升，与模具 态再结晶晶粒尺寸和后期冷却过程中晶粒长大两部 的接触时间缩短，热交换降低，会导致累积热效应增 分共同决定的：挤压速度越高，管坯温升越明显，后期 加).挤压比对高温合金617B热挤压工况的影响 空冷过程中的晶粒长大程度越大.两个因素综合作 如图9所示.随着挤压比的增加，合金的温升现象 用使荒管晶粒尺寸随着挤压速度增大而明显升高。 更加明显.对于尺寸固定的管坯，挤压比可通过调 综上所述，挤压速度对管坯温度、载荷变化和晶 整模孔尺寸进行改变，随着挤压比的增加模孔的尺 粒尺寸均有明显影响.随着挤压速度升高，荒管外 寸减小，对金属流动性的阻碍增加，成为了挤压过程 壁温度急剧增加，内、外壁温差逐渐减小：挤压速度 中金属流动性的瓶颈.如图9(b)所示，挤压力峰值 降低会引起压余心部温度降低.挤压力的第一峰值 随着挤压比增加快速上升.挤压比增加会使合金温江 河等: 高温合金 617B 管材热挤压特征及工艺优化控制 表示，而高速变形带来的温升效应导致的变形抗力 降低量为 Δσ2 ． 由图 5 可知，随着挤压速度的降低， 挤压结束时温降更加明显． G3 合金热挤压的研究 表明，随着挤压速的降低，玻璃润滑剂的消耗量逐渐 增加，在挤压末期更易引起剧烈的温降［4］． 由于坯 料温度降低导致的变形抗力增量为 Δσ3，热挤压过 程中实际的挤压力 σ 可近似表示为: σ = σ0 + Δσ1 － Δσ2 + Δσ3 ( 1) 载荷第一峰值出现在变形初期，管坯变形量有 限，温升作用不明显，主要是由变形速率升高导致的 变形抗力增加，因此第一峰值随着挤压速度的升高 而逐渐增加; 第二峰值增加呈现先降低后增加的趋 势． 第二峰值的变化还需考虑时间和温度效应的影 响． 随着挤压速度降低，挤压时间延长，管坯与模具 间的热交换作用更加明显，管坯温度逐渐降低，同样 会引起变形抗力升高． 图 6 高温合金 617B 热挤压过程中峰值载荷随挤压速度变化 Fig． 6 Variation of peak loading with extrusion speed of superalloy 617B during hot extrusion 挤压过程中变形温度和变形速率的变化最终会 影响管材的晶粒尺寸，高温合金 617B 荒管壁厚心 部晶粒尺寸随挤压速度的升高明显增加( 图 7) ． 一 方面，在热挤压过程中随着挤压速度的升高，管坯的 温升更为明显( 图 4) ，温度升高有利于再结晶的发 生; 当变形速率大于 1 s － 1时，随着变形速率的升高 再结晶的程度和再结晶晶粒尺寸均明显增加［10--11］． 另一方面，荒管的晶粒尺寸是由热挤压过程中的动 态再结晶晶粒尺寸和后期冷却过程中晶粒长大两部 分共同决定的; 挤压速度越高，管坯温升越明显，后期 空冷过程中的晶粒长大程度越大． 两个因素综合作 用使荒管晶粒尺寸随着挤压速度增大而明显升高． 综上所述，挤压速度对管坯温度、载荷变化和晶 粒尺寸均有明显影响． 随着挤压速度升高，荒管外 壁温度急剧增加，内、外壁温差逐渐减小; 挤压速度 降低会引起压余心部温度降低． 挤压力的第一峰值 图 7 挤压速度对高温合金 617B 荒管壁厚心部晶粒尺寸的影响 Fig． 7 Effect of hot extrusion speed on the grain size of tube for su￾peralloy 617B 随着挤压速度的增加不断升高，而第二峰值先降低 后增加． 3. 1. 3 管坯预热温度作用 管坯预热温度会对挤压过程产生明显影响． 当 管坯预热温度较低时，合金变形抗力较大，变形过程 中因塑性变形产生的热量较高，温升幅度较大． 如 图 8( a) 所示，随着管坯预热温度的升高，挤压过程 中的最高温度明显上升; 但由于提高管坯预热温度 会使合金软化，因此最大温升随着管坯预热温度的 升高而逐渐降低． 随着预热温度升高合金软化，所 需载荷明显减小，挤压力第一峰值和第二峰值均持 续下降( 图 8( b) ) ． 金属流动性随温度升高而增强， 在 690 合金热挤压研究中发现，管坯预热温度从 1100 ℃升高到1250 ℃时，平均应变速率从128 s － 1升 高到 170 s － 1［5］． 温度升高也会促进动态再结晶的发 生． 在两种因素共同作用下高温合金 617B 荒管壁 厚心部晶粒尺寸随着管坯预热温度的升高而增加 ( 图 8( c) ) ． 当管坯预热温度大于 1180 ℃ 时，荒管 晶粒尺寸增加更为明显，这一趋势与管坯最高温度 随管坯预热温度变化趋势基本一致，说明温度对荒 管晶粒尺寸影响显著． 3. 1. 4 挤压比作用 随着挤压比的上升合金变形程度增加，温升效 果更加明显; 合金在模孔处的流速明显上升，与模具 的接触时间缩短，热交换降低，会导致累积热效应增 加［7］． 挤压比对高温合金 617B 热挤压工况的影响 如图 9 所示． 随着挤压比的增加，合金的温升现象 更加明显． 对于尺寸固定的管坯，挤压比可通过调 整模孔尺寸进行改变，随着挤压比的增加模孔的尺 寸减小，对金属流动性的阻碍增加，成为了挤压过程 中金属流动性的瓶颈． 如图 9( b) 所示，挤压力峰值 随着挤压比增加快速上升． 挤压比增加会使合金温 · 384 ·