Incoloy 825 是一种镍-铁-铬固溶增强合金，由钼、铜和钛组成。 这种合金具有抵抗氯离子在酸性介质中的应力腐蚀的能力，并且对硫化物也有良好的耐腐蚀性，因此被广泛应用于石油和天然气开发等领域。 目前，其在中国的研究锻造和形成还没有太大进展。 在本文中，我们将讨论使用塑性成型有限元软件 Deform 对法兰 Incoloy 825 合金进行锻造和成型，分析失效原因，并提出修正建议，以在实际生产中取得满意的结果。
Incoloy 825 合金在高温下具有很高的抗变形能力，即使在 980°C 的锻造起始温度动应力也超过 240 MPa。 这使得成型变得更加困难。 为了防止晶间腐蚀和提高抗硫化氢应力腐蚀性能，粒径越小越好。 由于 825 合金在加热和冷却过程中不发生相变，因此不能通过热处理对晶粒进行精炼，只能通过塑性变形和再结晶来细化晶粒。 进行塑性变形时，应注意确保每个地方的变形量为临界变形度的 25% 或更多，以防止粗晶粒的出现。
镍合金价格高，因此为了节省材料并考虑到抗变形能力大，Incoloy 825 在合金的锻造中，采用预锻和终锻的初始工艺。 初始坯料是带有坯料开口的圆柱形棒材，如图 1（a） 所示。 在预锻过程中，坯料的下边缘受到使预锻模具开口变窄的作用，导致连续的挤压变形。 此时，由于坯料内壁与模腔的相对运动而发生摩擦，但坯料将具有大于摩擦力的垂直向下力，因此坯料最初将主要沿轴向移动。 填充大部分腔，如图 1（b） 所示。 但是，如果模具的开口变窄，坯料与型腔壁之间的接触面积增加，坯料将难以轴向移动。 当轴向运动受到抑制时，坯料的顶部开始沿径向变形，如图 1（c） 所示。 图 1（d） 显示了预锻造完成后的实际形状。
图 1 锻造前模拟工艺网格图
图 2 临时锻造结束时的不良材料
预锻造后，所得坯料被装入最终锻造模具中，如图 4（a） 所示。 从图 3 中可以看出，最终锻造过程的载荷波动可分为四个阶段：OA、AB 和 BC。 当坯料的下端接触到模具的型腔时，坯料与型腔的内壁相撞，产生摩擦，但坯料上的垂直力大于摩擦力，因此坯料首先移动。 它垂直移动并连续填充模具下端的型腔。 随着坯料与模具下端型腔接触面积的增加，向下运动的阻力增加，坯料的上下运动逐渐受到抑制，坯料与台阶面的接触减少。 如图 4（b） 所示，模腔开始形成。 如图 4（c） 所示，当坯料填充大部分型腔并开始接触模腔的上边缘时，随着坯料继续变形，此时所需的力急剧增加。 图 3BC. 这个阶段施加的力主要是使坯料的上部变形以填充模腔的上边缘，但坯料的下部不会填充模腔，因为坯料的下部几乎不会垂直变形。 如图 4D 所示完成模具型腔。 如图 4（d） 所示。 在实际生产中，设备施加的力是有限的，因此毛坯下边缘的成型不完全更加明显，如图 XNUMX 所示。
图 3 原始方法的最终锻造载荷-阶跃曲线
图 4 最终锻造模拟过程的网格图
通过上述模拟和实验，发现原始解决方案的主要问题是坯料底部成型困难。 坯料的底部是在变形的最后阶段形成的，所以如果坯料的大部分已经形成，并且与模腔内壁的接触面积已经很大，那么底部的变形将非常困难。 坯料和所需的功率急剧增加。 考虑到坯料最低部分处于变形后期的缺点，采用了先成型坯料底部的想法。 为此，坯料是预锻造的，预锻后的坯料形状如图 7（a） 所示。 预锻造是在不使用模具的情况下进行的，是圆柱形坯料的部分伸长。
图 5 原始解决方案的最终锻造
图 6 825 从改进的溶液中获得的焊颈法兰锻件
在改性终锻过程中，坯料的变形可分为 8 个阶段。 首先，将坯料的下端镦粗成型，坯料的颈部（包括坯料的底部边缘）完全成型。 这是对应于负载阶跃曲线图 8 的 OA 部分的过程。 在坯料和模腔的台阶表面接触后，图 8 中从 A 点到 B 点的负载负载显着增加。 坯料发生镦粗变形，并在模腔的台阶平面上径向流动，对应于图 7 中的段 BC。 当毛坯的径向流动到达模具型腔的上边缘时，径向流动受到模具型腔内壁的约束，施加到图 8（c） 中填充区 III 的载荷也迅速上升。 这对应于图 25 中的横截面 CD。 模具的上表面和上模接触，形状完成，坯料完全充满型腔。 同时观察最终锻件的等效变形，所有零件的变形都超过86%，符合要求。 同时，最大成型载荷降低到原始溶液的 6%。 并且在下一个实验中，还获得了符合要求的锻件，如图 XNUMX 所示。
图 7 改进的锻造模拟工艺的等效变化图
图 8 改进锻造方法的载荷阶跃曲线
1）在最初的解决方案中，坯料没有完全填充的主要原因是最后阶段，挤压，导致坯料底部变形，这使得填充非常困难。 在改进的预锻坯中，坯料的底部是在锻造过程中由照片形成的，因此更容易填充。
（2）从预锻坯得到的锻造零件的变形都大于所有地方的临界变形，符合要求。
（3） 改进锻造所需的最大载荷也小于初始解决方案，从而降低了对设备的要求。
4） 根据本文提出的工艺获得符合要求的锻件。
