(24小时在线,欢迎咨询!)
159-0227-0626
产品中心
Products
地址:天津市-北辰区-青光镇-韩家墅钢材市场-A房8号
电话:(24小时在线,欢迎咨询!)
手机:159-0227-0626
 
推荐产品
当前位置:首页 > 【Inconel718无缝钢管热挤压开裂分析】

21321312.jpg

《Inconel718无缝钢管热挤压开裂分析》

【摘要】:文章从Inconel718无缝钢管热挤压过程特点入手,对热挤压过程中的开裂情况进行分析,并对温度和挤压速率两个热挤压工艺参数进行研究,分析了其对该型钢管挤压开裂的影响,结果表明温度均匀,挤压速度慢可以有效减少裂纹的产生。

Inconel718是一种加入铌、钼的镍铁锆基合金,属于沉淀硬化耐热型。

    1950年前后美国通用公司对其进行了研究和应用,最开始设计目的是用于涡轮的加工,这种涡轮用于航空领域中。因航空航天设备所需要的涡轮盘要在长时间的高温、高压和大载荷下持续运行,因此高温的工作环境需要其具有优良的耐热性,涡轮叶片高速转动时产生的力矩使得涡轮盘应有较高的抗拉强度,低周的持续运动要求涡轮盘具有抗蠕变能力,还需要承受瞬间载荷过大,因此需要该材料具有较高的断裂强度。经多年的实验研究和生产实践得知,这种材料具有在高低温中的化学稳定性,耐腐蚀性能较好,现在在挤压工模具中经常见到这种合金的身影。

一、Inconel718无缝钢管热挤压过程特点

    热挤压变形是一种在高温条件下向材料施加挤压力的变形方式,热挤压变形使被挤压材料承受高温高压的处理条件,另外一个显著特点是在一定时间内应变量大,因此这种处理工艺也使材料具有较大的应变速率。文章所研究的无缝钢管通常在热挤压之后所获得的产品都具有较低的挤压质量比,镍铁锆沉淀耐热型合金形成合金较为完全,热量在沉淀耐热型合金中扩散的慢,毛坯的尺寸也对镍铁锆沉淀耐热型合金的热传导起到了较大的影响,热传导速度慢会造成加热源附近和毛坯轮廓处温度传递延迟,体现为离加热源越近,温度越高,离加热源越远,温度越低,温度不均匀。

    还有一个原因是镍铁锆沉淀耐热型合金材料的无缝钢管热挤压变形的条件比较苛刻,在一个很小的温度范围内该无缝钢管才能进行挤压变形。在其他温度条件都无法通过挤压使其发生形变。在该无缝钢管的变形温区内,还需要以高应变速率的条件对其进行挤压,但这种高应变速率的挤压就会使材料出现较多的不均匀的缺陷,而普通的挤压模具因为承受不了该无缝钢管热挤压所需要的载荷而被损坏,其载荷承受能力达不到高硬度无缝钢管所产生的抗力,因此这种无缝钢管的挤压需要模具具有极高的硬度。裂纹的产生是在金属热挤压过程中常见的缺陷形式,因此材料的生产对热处理工艺和热加工工艺提出了很高的要求,在热挤压实验时对热挤压参数进行合理的设计可以帮助生产实践摸索最优参数配置,工业生产时热挤压工艺参数的选取也关乎人力物力的利用效率,更影响无缝钢管企业的经济效益。

二、Inconel718无缝钢管挤压过程开裂情况

    对钢管进行低倍率的电镜图片研究分析可知无缝钢管在挤压过程中会出现裂纹,长度达1~3cm,厚度约为2mm,无缝钢管裂纹走向为横向。无缝钢管的高倍率显微镜图片表明在无缝钢管的挤压过程之后,主要裂纹和次生裂纹共存其中,主裂纹尺寸超过200μm。从裂纹的扩展方式来讲,沿晶裂纹占主要部分,穿晶裂纹占次要部分,这表明该无缝钢管的晶体裂纹生长方式以沿晶为主,穿晶为辅。研究学者对该无缝钢管的热挤压过程进行了原位研究,表明伴随着热挤压的进行,再结晶的物理过程也在同步的进行,晶粒的大小也因该过程的进行而不断的减小,每个晶粒的尺寸也变得均等,表现为晶粒均匀细化。

三、Inconel718无缝钢管挤压过程开裂原因分析

    对裂纹周围进行研究可以得到一些关键的信息,裂纹周围均为成分均匀的合金相,缺陷少,碳化铌和laves相少,这表明对该无缝钢管进行热挤压变形时元素的分布较为均匀,产品的形成过程没有有害相的析出,大部分都是有用的相成分,研究表明毛坯的好坏对挤压热变形而形成裂纹的影响不大。

    在该无缝钢管进行挤压热变形时,该无缝钢化会持续发生再结晶,晶体再结晶而产生的晶粒,这种晶粒的尺寸大小受到温度的影响较为直接,温度越高晶粒生长越快,晶粒平均尺寸越大。而上文所述毛坯温度随距离加热源的远近变化而变化,因此晶粒尺寸沿远离加热源的方向逐渐变小,也就是该热挤压工艺形成的无缝钢管径向的晶粒尺寸不均匀。温度的差异也影响了金属流动难易程度的不同,温度高分子运动快,温度低分子运动慢。外表面温度比内表面高所带来的工艺结果是外表面金属快速流动,而内表面金属相对于外表面金属来说低速流动,应力状态的改变使得裂纹产生。

    挤压时温度这一项参数对该无缝钢管的晶粒尺寸影响非常大,这也间接导致尺寸大的晶粒晶界与晶界之间的结合力较小,而晶粒尺寸恰恰是一个对温度极为敏感的参数,受到挤压温度的较大影响。粗大晶粒因其结合力变弱也限制了其挤压速度,因此要想得到裂纹较少的该型无缝合金钢管,需要进行两方面的工艺完善和控制工作。首先需要控制毛坯的外表面温度上限,其次是考虑挤压温度一定的前提下挤压速率不同对该无缝钢管裂纹产生的影响。外表面温度提升上限高时和热挤压速度快时,都会引起发生变形的该型无缝钢管热塑性变差,该型钢管的热挤压过程后产品性能不如从前,因此产生裂纹。

四、热挤压变形产生裂纹的预防措施

    Inconel718无缝钢管热挤压开裂的预防措施有以下几点:

    (1)Inconel718无缝钢管热挤压之前应该仔细检查毛坯材料的质量,因原材料质量不达标而出现热挤压变形的事件屡见不鲜,原材料的组织和成分不合格会对热挤压过程造成较大的影响,因此在热挤压之前对无缝钢管制造毛坯材料进行质量检验可以显著减少裂纹的产生。

    (2)生产过程中的温度控制必须要精确,生产过程中温度对无缝钢管热挤压裂纹的控制起到重要的作用,控制温度的变化量上下不能超过2度,这需要

对温度控制设备和仪表进行校准,减少影响温控精确度的因素。

    (3)有着厂家对于不同的毛坯材料采用同样的温度工艺,这样导致不同的毛坯材料对控制工艺无法实现匹配,因此应该对不同的无缝钢管进行有针对性的热挤压工艺参数制定,可以有效的减少裂纹的产生。

    (4)无缝钢管的塑性变形是否均匀严重影响了裂纹的产生,因此对于文章所研究的无缝钢管应该进行特定的应变速率和应变量的设计,通过实验找出最合适的应变速率和应变量,使得热挤压的过程变得更加均匀,可以显著改善Inconel718无缝钢管热挤压开裂的现象。

    综上所述,影响Inconel718无缝钢管热挤压变形而导致形成裂纹的主要原因是热加工温度和热挤压速率。温度方面是外表面和内表面温度差别大,减少内外表面的温度差异有利于提高Inconel718无缝钢管热挤压开裂抗性,在不考虑挤压温度的情况下还可以适当的减小挤压的速度,对于减少Inconel718无缝钢管的挤压裂纹产生起到重要的作用。主要从温度的控制、热挤压过程中塑性变形量和应变速率方面的控制来降低Inconel718无缝钢管热挤压过程所产生的开裂现象。实验和生产之前仔细对原材料进行组织分析和成分分析,去除组织不均匀或者含有害相较多的无缝钢管原材料可以显著减少裂纹的产生。      对实验和生产所用的温度控制设备和温度检测仪表进行检查和检验可以实现对热挤压过程温度的精确测量和控制。通过实验来对生产工艺进行研究和摸索可以得到最优的工艺参数,从而降低裂纹的产生和扩展。最后,对Inconel718无缝钢管热挤压的应变速率和变形量进行设计和实验摸索可以控制塑性变形和应变速率更加均匀,合适的应变量可以控制裂纹的宽度,合适的应变速率可以使无缝钢管的制造过程中变形更加均匀,减少裂纹的产生和扩展。

网站首页 | 关于我们 | 产品供应中心 | 精密无缝钢管 | 切割加工服务 | 汽车专用钢管 | 现在联系我们 | 专业技术支持
天津年有成钢铁贸易有限公司 | 津ICP备19004186号 | Copyright © 天津年有成钢铁贸易公司 版权所有 | 技术支持:天津年有成钢铁贸易有限公司 信息部