本發(fā)明涉及管材熱擠壓技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法以及裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)能源工業(yè)和石油化工工業(yè)的發(fā)展，鎳基合金無(wú)縫管材的需求量不斷增大，如700℃超超臨界火電站鍋爐所使用的過(guò)熱器管，石油開(kāi)采所使用的油井套管，核電站蒸汽發(fā)生器的傳熱管等。鎳基合金無(wú)縫管材的生產(chǎn)主要通過(guò)熱擠壓結(jié)合冷軋的工藝方式，其中熱擠壓過(guò)程是整個(gè)生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)。作為一種特殊的熱變形方式，擠壓變形區(qū)三向壓應(yīng)力狀態(tài)可以提高材料的變形能力，但由于鎳基合金自身的合金化程度較高，其高溫下的變形抗力較大，變形抗力隨溫度的變化非常敏感，并且熱擠壓過(guò)程本身伴隨著劇烈的局部升溫，所以鎳基合金管材熱擠壓過(guò)程涉及到復(fù)雜的熱力耦合作用，并同時(shí)具有明顯的時(shí)間效應(yīng)。從目前國(guó)內(nèi)企業(yè)的生產(chǎn)情況來(lái)看，鎳基合金管材熱擠壓的成材率普遍較低，存在荒管無(wú)法順利擠出(“悶車”)、荒管內(nèi)部裂紋、表面質(zhì)量差和內(nèi)部組織無(wú)法達(dá)標(biāo)等質(zhì)量問(wèn)題，且這些問(wèn)題經(jīng)常組合出現(xiàn)并存在相互制約。

熱擠壓荒管質(zhì)量依賴于擠壓參數(shù)的優(yōu)化，鎳基合金管材熱擠壓的核心工藝參數(shù)主要包括：擠壓速度，管坯預(yù)熱溫度和擠壓比。每種擠壓參數(shù)對(duì)熱擠壓荒管質(zhì)量均具有較大的影響，并且各工藝參數(shù)之間存在相互作用。對(duì)于熱擠壓工藝參數(shù)的優(yōu)化方法主要分兩類：第一類是在擠壓設(shè)備上進(jìn)行實(shí)際試擠壓(試錯(cuò)法)，摸索最優(yōu)參數(shù)組合，此類方法需要消耗大量管坯，造成極高成本和資源浪費(fèi)；第二類是采用數(shù)值模擬技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)擠壓過(guò)程進(jìn)行仿真并調(diào)整工藝參數(shù)取值進(jìn)而進(jìn)行優(yōu)化。目前，通過(guò)數(shù)值模擬方法優(yōu)化管材熱擠壓參數(shù)的研究主要針對(duì)單一或部分荒管質(zhì)量問(wèn)題，并未 對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行綜合分析。由于各類質(zhì)量問(wèn)題存在相互關(guān)聯(lián)與制約，其中涉及變形、溫升和相變等材料行為，所以針對(duì)部分質(zhì)量問(wèn)題而優(yōu)選出的工藝參數(shù)范圍較寬泛，無(wú)法對(duì)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行有效的指導(dǎo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法以及裝置，能夠針對(duì)鎳基合金管材在熱擠壓過(guò)程中的多種工藝參數(shù)進(jìn)行更加精確的獲取，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行更加有效的指導(dǎo)。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法，包括：

對(duì)熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析，獲取多組不同熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)下的管坯的優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)；所述熱擠壓工藝參數(shù)包括：熱擠壓速度、管坯預(yù)熱溫度以及熱擠壓比；所述優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)包括：擠壓全過(guò)程中管坯的最高溫度、擠壓全過(guò)程中模具的最高溫度、擠壓載荷峰值和荒管的晶粒尺寸；

構(gòu)建每一種熱擠壓工藝參數(shù)與優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系曲線，并根據(jù)所述關(guān)系曲線以及預(yù)設(shè)的判據(jù)選擇條件，確定每一種優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的熱擠壓工藝參數(shù)的取值區(qū)間；

對(duì)所有優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的同一種熱擠壓工藝參數(shù)的取值區(qū)間進(jìn)行交集處理，獲取熱擠壓工藝參數(shù)的優(yōu)選取值。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中：所述對(duì)熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析，獲取多組不同熱擠壓工藝參數(shù)取值下的管坯的優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)具體包括：

獲取管坯材料的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線或者本構(gòu)方程，并獲得所述管坯材料所對(duì)應(yīng)的包含動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的組織演化數(shù)學(xué)模型；

根據(jù)所述真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線或者本構(gòu)方程，并根據(jù)所述組織演化數(shù) 學(xué)模型，使用有限元分析法對(duì)所述熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析，獲取每一組熱擠壓工藝參數(shù)取值下的管坯的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、模具的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、荒管的晶粒度分布數(shù)據(jù)和擠壓載荷隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述管坯的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、模具的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、荒管的晶粒度分布數(shù)據(jù)和擠壓載荷隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)，獲取每一組熱擠壓工藝參數(shù)取值下的管坯的優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中：還包括：調(diào)整熱擠壓工藝參數(shù)的取值，獲得多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，其中：所述預(yù)設(shè)的判據(jù)選擇條件包括：管坯的最高溫度小于管坯材料的初熔溫度；模具的最高溫度小于模具材料的軟化溫度；擠壓峰值載荷不高于設(shè)備承載極限；荒管的晶粒尺寸與目標(biāo)晶粒尺寸相差小于等于10μm。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第四種可能的實(shí)施方式，其中：所述獲取管坯材料的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線具體包括：

對(duì)管坯進(jìn)行取材，獲取實(shí)驗(yàn)樣品；

對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行高溫壓縮實(shí)驗(yàn)，獲得管坯材料對(duì)應(yīng)的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線；

其中，所述高溫壓縮實(shí)驗(yàn)的溫度取值范圍為0.7*Tm～0.9*Tm，應(yīng)變速率范圍為0.1s-1～10s-1；Tm為合金熔點(diǎn)。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第五種可能的實(shí)施方式，其中：所述獲取熱擠壓工藝參數(shù)的優(yōu)選取值之后，還包括：

使用所述優(yōu)選取值，管坯材料進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲 取裝置，包括：

數(shù)值模擬分析單元，用于對(duì)熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析，獲取多組不同熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)下的管坯的優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)；所述熱擠壓工藝參數(shù)包括：熱擠壓速度、管坯預(yù)熱溫度以及熱擠壓比；所述優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)包括：擠壓全過(guò)程中管坯的最高溫度、擠壓全過(guò)程中模具的最高溫度、擠壓載荷峰值和荒管的晶粒尺寸；

關(guān)系曲線構(gòu)件單元，用于構(gòu)建每一種熱擠壓工藝參數(shù)與優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系曲線，

取值區(qū)間確定單元，用于根據(jù)所述關(guān)系曲線以及預(yù)設(shè)的判據(jù)選擇條件，確定每一種優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的熱擠壓工藝參數(shù)的取值區(qū)間；

優(yōu)選取值獲取單元，用于對(duì)所有優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的同一種熱擠壓工藝參數(shù)的取值區(qū)間進(jìn)行交集處理，獲取熱擠壓工藝參數(shù)的優(yōu)選取值。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中：所述數(shù)值模擬分析單元具體包括：

數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取管坯材料的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線或者本構(gòu)方程，并獲得所述管坯材料所對(duì)應(yīng)的包含動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的組織演化數(shù)學(xué)模型；

有限元分析模塊，用于根據(jù)所述真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線或者本構(gòu)方程，并根據(jù)所述組織演化數(shù)學(xué)模型，使用有限元分析法對(duì)所述熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析，獲取每一組熱擠壓工藝參數(shù)取值下的管坯的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、模具的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、荒管的晶粒度分布數(shù)據(jù)和擠壓載荷隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)；

優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)獲取單元，用于根據(jù)所述管坯的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、模具的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、荒管的晶粒度分布數(shù)據(jù)和擠壓載荷隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)，獲取每一組熱擠壓工藝參數(shù)取值下的管坯的優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中：還包括：

熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)生成單元，調(diào)整熱擠壓工藝參數(shù)的取值，獲得多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第三種可能的實(shí)施方式，其中：所述預(yù)設(shè)的判據(jù)選擇條件包括：管坯的最高溫度小于管坯材料的初熔溫度；模具的最高溫度小于模具材料的軟化溫度；擠壓峰值載荷不高于設(shè)備承載極限；荒管的晶粒尺寸與目標(biāo)晶粒尺寸相差小于等于10μm。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法以及裝置，在對(duì)熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析后，分別得到三個(gè)熱擠壓工藝參數(shù)對(duì)應(yīng)的熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)下的管坯的優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)，再根據(jù)該優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)，構(gòu)建每一種熱擠壓工藝參數(shù)與優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)之間的曲線關(guān)系，并根據(jù)所述關(guān)系曲線以及預(yù)設(shè)的判據(jù)閾值，確定每一種優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的熱擠壓工藝參數(shù)的取值區(qū)間，然后再對(duì)所有優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的同一種熱擠壓工藝參數(shù)的取值區(qū)間進(jìn)行交集處理，獲取熱擠壓工藝參數(shù)的優(yōu)選取值。在這個(gè)過(guò)程中，使用四種優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)，綜合對(duì)三個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，能夠針對(duì)鎳基合金管材在熱擠壓過(guò)程中的多種工藝參數(shù)進(jìn)行更加精確的獲取，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行更加有效的指導(dǎo)。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被看作是對(duì)范圍的限定，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法的流程圖；

圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的另一種鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法的流程圖；

圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法中，對(duì)熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析，獲取多組不同熱擠壓工藝參數(shù)取值下的管坯的優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)的具體方法的流程圖；

圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法的具體實(shí)施例一中，In740H合金的平衡相圖；

圖5示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法的具體實(shí)施例一中，管坯的最高溫度與熱擠壓速度之間的關(guān)系曲線；

圖6示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法的具體實(shí)施例一中，模具的最高溫度與熱擠壓速度之間的關(guān)系曲線；

圖7示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法的具體實(shí)施例一中，擠壓載荷峰值與熱擠壓速度之間的關(guān)系曲線；

圖8示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法的具體實(shí)施例一中，荒管的晶粒尺寸與熱擠壓速度之間的關(guān)系曲線；

圖9示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法的具體實(shí)施例一中，荒管橫截面1/2半徑處的微觀圖；

圖10示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取裝置中，數(shù)值模擬分析單元的具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖12示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的另一種鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖13示出了本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法中，所構(gòu)建的熱擠壓模型的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實(shí)施例的組件可以以各種不同的配置來(lái)布置和設(shè)計(jì)。因此，以下對(duì)在附圖中提供的本發(fā)明的實(shí)施例的詳細(xì)描述并非旨在限制要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

目前熱擠壓荒管質(zhì)量依賴于擠壓參數(shù)的優(yōu)化，鎳基合金管材熱擠壓的核心工藝參數(shù)主要包括：擠壓速度，管坯預(yù)熱溫度和擠壓比。每種擠壓參數(shù)對(duì)熱擠壓荒管質(zhì)量均具有較大的影響，并且各工藝參數(shù)之間存在相互作用。通過(guò)數(shù)值模擬方法優(yōu)化管材熱擠壓參數(shù)的研究主要針對(duì)單一或部分荒管質(zhì)量問(wèn)題，并未對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行綜合分析。由于各類質(zhì)量問(wèn)題存在相互關(guān)聯(lián)與制約，其中涉及變形、溫升和相變等材料行為，所以針對(duì)部分質(zhì)量問(wèn)題而優(yōu)選出的工藝參數(shù)范圍較寬泛，無(wú)法對(duì)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行有效的指導(dǎo)?；诖?，本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊环N鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法、裝置以及系統(tǒng)，能夠針對(duì)鎳基合金管材在熱擠壓過(guò)程中的工藝參數(shù)進(jìn)行更加精確的獲取，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行更加有效的指導(dǎo)。

為便于對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行理解，首先對(duì)本發(fā)明實(shí)施例所公開(kāi)的一種鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。

參見(jiàn)圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例所提供的鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法，具體包括：

S101：對(duì)熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析，獲取多組不同熱擠壓工藝參數(shù)預(yù)值下的管坯的優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)；所述熱擠壓工藝參數(shù)包括：熱擠壓速度、管坯預(yù)熱溫度以及熱擠壓比；所述優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)包括：擠壓全過(guò)程中管坯的最高溫度、擠壓全過(guò)程中模具的最高溫度、擠壓載荷峰值和荒管的晶粒尺寸。

鎳基合金管材熱擠壓過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)諸如荒管無(wú)法被擠出、荒管表面和內(nèi)部出現(xiàn)裂紋、荒管晶粒度不達(dá)標(biāo)等問(wèn)題，而發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致這些問(wèn)題的因素可以概括如下：引起荒管無(wú)法擠出的直接原因是擠壓載荷超過(guò)設(shè)備承載極限，而擠壓載荷過(guò)大可由高擠壓速度，低管坯預(yù)熱溫度和大變形量(大擠壓比)引起，或者由于擠壓速度過(guò)慢導(dǎo)致管坯過(guò)度降溫而使變形抗力升高而引起；引起荒管表面和內(nèi)部裂紋的直接原因?yàn)楣芘鳒囟冗_(dá)到或超過(guò)合金的初熔溫度，在管坯局部出現(xiàn)無(wú)塑性的液相，管坯溫度過(guò)高可由擠壓速度過(guò)快、預(yù)熱溫度過(guò)高或變形量過(guò)大引起；引起荒管晶粒度不達(dá)標(biāo)的直接原因?yàn)閿D壓過(guò)程中的再結(jié)晶晶粒尺寸與目標(biāo)晶粒度不符，再結(jié)晶晶粒尺寸與變形區(qū)應(yīng)變速率、溫度和變形量有關(guān)，并由擠壓速度、預(yù)熱溫度和擠壓比決定。由此可知，鎳基合金管材核心的熱擠壓工藝參數(shù)應(yīng)當(dāng)包括：熱擠壓速度、管坯預(yù)熱溫度以及熱擠壓比。本發(fā)明最終要獲得這三個(gè)熱擠壓工藝參數(shù)的取值。其中，熱擠壓速度為：擠壓機(jī)推動(dòng)管坯的運(yùn)動(dòng)速度；擠壓比為管坯端面面積與荒管端面面積的比值。

在具體實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，熱擠壓模型是根據(jù)管坯的實(shí)際尺寸、要熱擠壓成型的荒管的實(shí)際尺寸構(gòu)建的。具體參見(jiàn)圖13所示，其中，區(qū)域1為管坯的管壁，區(qū)域2為用于對(duì)管坯進(jìn)行熱擠壓的設(shè)備，區(qū)域3為擠壓筒，區(qū)域4為設(shè)置在管坯中間的通孔用于支撐管坯的支撐構(gòu)件，區(qū)域5為玻璃墊，區(qū)域6為擠壓模具。在擠壓模具中部形成用于管坯被熱擠壓形成荒管的擠壓 空間。

在對(duì)該熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析后，能夠獲取多組不同熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)下的管坯的優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)，根據(jù)這些優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)與熱擠壓工藝參數(shù)之間的關(guān)系，獲得熱擠壓工藝參數(shù)的最終取值。

具體地，參見(jiàn)圖2所示，在對(duì)熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析之前，還包括：

S201：調(diào)整熱擠壓工藝參數(shù)的取值，獲得多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)。

具體包括如下兩種方法：

1、確定熱擠壓工藝參數(shù)的取值范圍；

依次以熱擠壓工藝參數(shù)中的一個(gè)參數(shù)為變值參數(shù)，另外兩個(gè)參數(shù)為定值參數(shù)，調(diào)整變值參數(shù)所對(duì)應(yīng)的熱擠壓工藝參數(shù)的取值，獲取該熱擠壓工藝參數(shù)所對(duì)應(yīng)的多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)；其中，定值參數(shù)所對(duì)應(yīng)的熱擠壓工藝參數(shù)的取值在其取值范圍內(nèi)。

最終，分別以三個(gè)熱擠壓工藝參數(shù)為變值參數(shù)，最終能夠分別確定三個(gè)熱擠壓工藝參數(shù)所對(duì)應(yīng)的多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)。

其中，熱擠壓工藝參數(shù)的取值范圍可以根據(jù)日常生產(chǎn)中參數(shù)的常用取值估計(jì)得到。

例如，在三個(gè)熱擠壓工藝參數(shù)中，熱擠壓速度的取值范圍為150-230mm/s，管坯預(yù)熱溫度的取值范圍為1000-1500℃，熱擠壓比的取值范圍為3-10。

以熱擠壓速度為變值參數(shù)，以管坯預(yù)熱溫度和熱擠壓比為定值參數(shù)，對(duì)管坯預(yù)熱溫度和熱擠壓比分別取值為：1200℃和5，調(diào)整熱擠壓速度的取 值，使其分別為：25、50、75、100、125、150、175、200、225、250(mm/s)，那么，最終能夠獲得熱擠壓速度對(duì)應(yīng)的多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)為：

(25mm/s，1200℃，5)、(50mm/s，1200℃，5)、(75mm/s，1200℃，5)、(100mm/s，1200℃，5)、……、(250mm/s，1200℃，5)。

然后，再以管坯預(yù)熱溫度作為變值參數(shù)，以熱擠壓速度和熱擠壓比為定值參數(shù)，對(duì)熱擠壓速度和熱擠壓比的取值分別為：160mm/s和5，調(diào)整管坯預(yù)熱溫度的取值，使其分別為：600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600(℃)，那么最終能夠得到管坯預(yù)熱溫度對(duì)應(yīng)的多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)為：

(160mm/s，600℃，5)、(160mm/s，700℃，5)、(160mm/s，800℃，5)、……、(160mm/s，1600℃，5)。

最后，再以熱擠壓比作為變值參數(shù)，以熱擠壓速度和管坯預(yù)熱溫度為定值參數(shù)，對(duì)熱擠壓速度和管坯預(yù)熱溫度的取值分別為：160mm/s和1200℃，調(diào)整熱擠壓比的取值，使其分別為：2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10。那么最終能夠得到熱擠壓比對(duì)應(yīng)的多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)為：

(160mm/s，1200℃，2)、(160mm/s，1200℃，2.5)、(160mm/s，1200℃，3)、(160mm/s，1200℃，3.5)、……、(160mm/s，1200℃，10)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，上述示例僅僅為了說(shuō)明熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)的獲得方式，而不對(duì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)的取值做任何的約束，實(shí)際操作時(shí)，針對(duì)不同的鎳基管材，熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)的取值均有多種。

2、確定熱擠壓工藝參數(shù)的取值范圍；假設(shè)熱擠壓工藝參數(shù)包括：第一參數(shù)、第二參數(shù)和第三參數(shù)，

以第一參數(shù)為變值參數(shù)，以第二參數(shù)和第三參數(shù)為定值參數(shù)，調(diào)整第 一參數(shù)的取值，獲取第一參數(shù)所對(duì)應(yīng)的多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)；其中，定值參數(shù)所對(duì)應(yīng)的第二參數(shù)和第三參數(shù)的取值在其取值范圍內(nèi)。

針對(duì)該第一參數(shù)所對(duì)應(yīng)的熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析，最終能夠得到該第一參數(shù)的優(yōu)選取值。

再以熱擠壓工藝參數(shù)中的第二參數(shù)為變值參數(shù)，剩余第一參數(shù)和第三參數(shù)為定值參數(shù)，然后調(diào)整第二參數(shù)的取值，獲取該第二參數(shù)所對(duì)應(yīng)的多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)；其中，第一參數(shù)的取值為其優(yōu)選取值，第二參數(shù)的取值在其取值范圍內(nèi)。需要注意的是，優(yōu)選取值通常是一個(gè)范圍值，第一參數(shù)作為定值時(shí)，其取值在該范圍內(nèi)。

針對(duì)該第二參數(shù)所對(duì)應(yīng)的熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析，最終能夠得到該第二參數(shù)的優(yōu)選取值。

再以熱擠壓工藝參數(shù)中的第三參數(shù)為變值參數(shù)，剩余第一參數(shù)和第二參數(shù)為定值參數(shù)，然后調(diào)整第三參數(shù)的取值，獲取該第三參數(shù)所對(duì)應(yīng)的多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)；其中，第一參數(shù)和第二參數(shù)的取值均為其優(yōu)選取值。需要注意的是，第一參數(shù)的優(yōu)選取值和第二參數(shù)的優(yōu)選取值通常均是范圍值，第一參數(shù)和第二參數(shù)作為定值時(shí)，其取值在范圍之內(nèi)進(jìn)行選定。

例如，在三個(gè)熱擠壓工藝參數(shù)中，熱擠壓速度的取值范圍為150-230mm/s，管坯預(yù)熱溫度的取值范圍為1000-1500℃，熱擠壓比的取值范圍為3-10。

以熱擠壓速度為變值參數(shù)，以管坯預(yù)熱溫度和熱擠壓比為定值參數(shù)，對(duì)管坯預(yù)熱溫度和熱擠壓比分別取值為：1200℃和5，調(diào)整熱擠壓速度的取值，使其分別為：25、50、75、100、125、150、175、200、225、250(mm/s)，那么，最終能夠獲得熱擠壓速度對(duì)應(yīng)的多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)為：

(25mm/s，1200℃，5)、(50mm/s，1200℃，5)、(75mm/s，1200℃，5)、(100mm/s，1200℃，5)、……、(250mm/s，1200℃，5)。

對(duì)上述熱擠壓速度對(duì)應(yīng)的多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)分別進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析，最終能夠得到該熱擠壓速度參數(shù)的優(yōu)選取值，假設(shè)其為67.0mm/s-133.6mm/s。

然后，再以管坯預(yù)熱溫度作為變值參數(shù)，以熱擠壓速度和熱擠壓比為定值參數(shù)，對(duì)熱擠壓速度和熱擠壓比的取值分別為：100mm/s和5，調(diào)整管坯預(yù)熱溫度的取值，使其分別為：600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600(℃)，那么最終能夠得到管坯預(yù)熱溫度對(duì)應(yīng)的多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)為：

(100mm/s，600℃，5)、(100mm/s，700℃，5)、(100mm/s，800℃，5)、……、(100mm/s，1600℃，5)。

對(duì)上述熱管坯預(yù)熱溫度所對(duì)應(yīng)的多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)分別進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析，最終能夠得到該管坯預(yù)熱溫度參數(shù)的優(yōu)選取值，假設(shè)其為1130～1170℃。

最后，再以熱擠壓比作為變值參數(shù)，以熱擠壓速度和管坯預(yù)熱溫度為定值參數(shù)，對(duì)熱擠壓速度和管坯預(yù)熱溫度的取值分別為：100mm/s和1150℃，調(diào)整熱擠壓比的取值，使其分別為：2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、6.5、7、7.5、8、8.5、9、9.5、10。那么最終能夠得到熱擠壓比對(duì)應(yīng)的多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)為：

(100mm/s，1150℃，2)、(100mm/s，1150℃，2.5)、(100mm/s，1150℃，3)、(100mm/s，1150℃，3.5)、……、(100mm/s，1150℃，10)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，上述示例僅僅為了說(shuō)明熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)的獲得方式，而不對(duì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)的取值做任何的約束，實(shí)際操作時(shí)，針對(duì)不同的鎳基管材，熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)的取值均有多種。

另外，參見(jiàn)圖3所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種對(duì)熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析，獲取多組不同熱擠壓工藝參數(shù)取值下的管坯的優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)的具體方法，包括：

S301：獲取管坯材料的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線或者本構(gòu)方程，并獲得所述管坯材料所對(duì)應(yīng)的包含動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的組織演化數(shù)學(xué)模型；

在具體實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線可以采用在管坯上進(jìn)行取材，獲取實(shí)驗(yàn)樣品，然后針對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行高溫壓縮實(shí)驗(yàn)獲得。本構(gòu)方程與真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線之間有對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)化關(guān)系，因此，只要能夠得到真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線，就可以將之轉(zhuǎn)化為本構(gòu)方程。因此，真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線或者本構(gòu)方程只要獲得其中一項(xiàng)即可。然后針對(duì)管坯材料，建立其包含動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的組織演化數(shù)學(xué)模型。其中，高溫壓縮實(shí)驗(yàn)的溫度取值范圍為0.7Tm～0.9Tm(Tm為合金熔點(diǎn))，應(yīng)變速率范圍為0.1s-1～10s-1。

S302：根據(jù)所述真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線或者所述本構(gòu)方程，并根據(jù)所述組織演化數(shù)學(xué)模型，使用有限元分析法對(duì)所述熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析，獲取多組不同熱擠壓工藝參數(shù)取值下的管坯的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、模具的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、荒管的晶粒度分布數(shù)據(jù)和擠壓載荷隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)。

在具體實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，有限元分析法還需要輸入其他的參數(shù)，例如擠壓筒、玻璃墊、擠壓模具整體與管坯的摩擦系數(shù)等，由于這些并非影響荒管質(zhì)量的主要因素，而且在實(shí)際過(guò)程中，這些參數(shù)一般都是確定的值，因此，在進(jìn)行數(shù)值模擬分析的時(shí)候，直接輸入這些參數(shù)即可。在使用有限元分析法對(duì)熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析的時(shí)候，熱擠壓模型采用四邊形單元進(jìn)行網(wǎng)格化離散。而具體在進(jìn)行有限元分析的時(shí)候，可以直接在有限元軟件進(jìn)行。

S303：根據(jù)所述管坯的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、模具的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、荒管的晶粒度分布數(shù)據(jù)和擠壓載荷隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)，獲取每一組熱擠壓工藝 參數(shù)取值下的管坯的優(yōu)化數(shù)據(jù)判據(jù)數(shù)據(jù)。

在具體實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，每一組熱擠壓工藝數(shù)據(jù)，都對(duì)應(yīng)有溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、模具的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、荒管的晶粒度分布數(shù)據(jù)和擠壓載荷隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)，溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)中，最高的溫度數(shù)值即為擠壓全過(guò)程中管坯的最高溫度；模具溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)中，最高的溫度數(shù)值即為擠壓全過(guò)程中模具的最高溫度；將荒管上預(yù)設(shè)位置的晶粒度數(shù)據(jù)，作為荒管的晶粒尺寸，該預(yù)設(shè)位置可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行具體的設(shè)定，例如，將熱擠壓荒管(非端部)1/2壁厚處的晶粒尺寸作為荒管的晶粒尺寸；擠壓載荷隨時(shí)間變化的峰值數(shù)值，即為擠壓載荷峰值。

最終，每一組熱擠壓工藝數(shù)據(jù)，都可以得到一組與之對(duì)應(yīng)的優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)。

S102：構(gòu)建每一種熱擠壓工藝參數(shù)與優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系曲線，并根據(jù)所述關(guān)系曲線以及預(yù)設(shè)的判據(jù)選擇條件，確定每一種優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的熱擠壓工藝參數(shù)的取值區(qū)間。

S103：對(duì)所有優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的同一種熱擠壓工藝參數(shù)的取值區(qū)間進(jìn)行交集處理，獲取熱擠壓工藝參數(shù)的優(yōu)選取值。

在具體實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，由于在調(diào)整熱擠壓工藝參數(shù)的取值，獲得多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)的時(shí)候，是以其中一個(gè)參數(shù)作為變值參數(shù)，以其他的兩個(gè)參數(shù)作為定值參數(shù)，對(duì)變值參數(shù)的取值進(jìn)行調(diào)整，最終分別得到三個(gè)參數(shù)所對(duì)應(yīng)的熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)的，因此，變值參數(shù)每取一個(gè)值，就能夠得到一組優(yōu)化數(shù)據(jù)判據(jù)，該變值參數(shù)對(duì)應(yīng)了多少組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)，那么就能夠得到多少組優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)，然后可以分別構(gòu)建該變值參數(shù)與優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系曲線。在該關(guān)系曲線中，以預(yù)設(shè)的判據(jù)閾值作為判別標(biāo)準(zhǔn)，可以確定每一種優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的熱擠壓工藝參數(shù)的取值區(qū)間，由于優(yōu)化數(shù)據(jù)包括了四種，那么最終所確定的每一種熱擠 壓工藝參數(shù)的取值區(qū)間就分別有四個(gè)，然后每一種熱擠壓工藝參數(shù)的四個(gè)取值區(qū)間進(jìn)行交集處理，最終得到的取值區(qū)間，就是熱擠壓工藝參數(shù)的優(yōu)選取值。

其中，預(yù)設(shè)的選擇條件包括：管坯的最高溫度小于管坯材料的初熔溫度；模具的最高溫度小于模具材料的軟化溫度；擠壓峰值載荷不高于設(shè)備承載極限；荒管的晶粒尺寸與目標(biāo)晶粒尺寸相差小于等于10μm。

其中，需要注意的是，設(shè)備承載極限并非設(shè)備真正的承載極限，而是經(jīng)過(guò)安全換算后，所得到的安全承載極限。

另外，在具體執(zhí)行的時(shí)候，管坯合金的初熔溫度由熱力學(xué)相圖計(jì)算獲得，所述的設(shè)備承載極限由實(shí)際設(shè)備工況決定，所述的模具材料軟化溫度以目前普遍使用的熱擠壓模具材料H13熱作模具鋼為準(zhǔn)，軟化溫度為650℃，所述的目標(biāo)晶粒尺寸由管材用途決定。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法中，在對(duì)熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析后，分別得到三個(gè)熱擠壓工藝參數(shù)對(duì)應(yīng)的熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)下的管坯的優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)，再根據(jù)該優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)，構(gòu)建每一種熱擠壓工藝參數(shù)與優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)之間的曲線關(guān)系，并根據(jù)所述關(guān)系曲線以及預(yù)設(shè)的判據(jù)閾值，確定每一種優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的熱擠壓工藝參數(shù)的取值區(qū)間，然后再對(duì)所有優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的同一種熱擠壓工藝參數(shù)的取值區(qū)間進(jìn)行交集處理，獲取熱擠壓工藝參數(shù)的優(yōu)選取值。在這個(gè)過(guò)程中，使用四種優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)，綜合對(duì)三個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，能夠針對(duì)鎳基合金管材在熱擠壓過(guò)程中的多種工藝參數(shù)進(jìn)行更加精確的獲取，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行更加有效的指導(dǎo)。

實(shí)施例一：

本例采用數(shù)值模擬方法優(yōu)選鎳基高溫合金In740H合金管材熱擠壓工藝 參數(shù)。

本實(shí)施例中所述的高溫合金In740H的化學(xué)組成成分重量百分比為C≤0.05％，Cr：23～26％，Co：19％～21％，Mo：0.4～0.7％，F(xiàn)e≤1.0％，Al：0.8～1.6％，Ti：1.0～2.0％，Nb：1.0～2.0％，Ni：余量。

根據(jù)本發(fā)明所述的目的和工作原理，具體技術(shù)方案為：

高溫?zé)釅嚎s實(shí)驗(yàn)樣品取自In740H合金鍛棒的1/2半徑處，加工成Φ8×12mm圓柱，高溫壓縮實(shí)驗(yàn)在Gleeble熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，熱壓縮溫度選擇1000℃、1050℃、1100℃和1150℃，應(yīng)變速率選擇0.1s-1、1s-1和10s-1，壓縮真應(yīng)變量為0.16、0.35、0.7和0.9，共48組變形條件，得到合金的流變曲線、本構(gòu)方程及包含動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的組織演化數(shù)學(xué)模型。

根據(jù)In740H合金管材實(shí)際尺寸在商用軟件Deform中建立有限元模型，示意圖如圖13所示。管坯尺寸外徑Φ218mm，內(nèi)徑Φ70mm，長(zhǎng)度610mm，模型中各部件采用四邊形單元進(jìn)行網(wǎng)格化離散。

對(duì)In740H合金管材熱擠壓過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，得到擠壓全過(guò)程管坯和模具的溫度分布、管坯的應(yīng)變量分布、擠壓結(jié)束時(shí)荒管的晶粒尺寸分布和擠壓載荷隨時(shí)間的變化曲線，并從中確定該次模擬過(guò)程中工藝參數(shù)優(yōu)化判據(jù)的具體取值，即管坯最高溫度、模具最高溫度、擠壓載荷峰值和熱擠壓荒管(非端部)1/2壁厚處的晶粒尺寸。

改變擠壓工藝參數(shù)的取值(包括：擠壓速度、管坯預(yù)熱溫度和擠壓比)，對(duì)每種工藝參數(shù)組合進(jìn)行一次數(shù)值模擬，在改變一種工藝參數(shù)取值時(shí)，其他參數(shù)保持不變。

確定每一次數(shù)值模擬計(jì)算過(guò)程中的優(yōu)化判據(jù)取值，并繪制以下曲線：以擠壓速度為橫坐標(biāo)，以不同擠壓速度下的管坯最高溫度為縱坐標(biāo)繪制曲線，按照同樣方法繪制擠壓速度-模具最高溫度曲線，擠壓速度-擠壓載荷峰值曲線，擠壓速度-1/2壁厚處的晶粒尺寸曲線。另外兩種擠壓工藝參數(shù) ——管坯預(yù)熱溫度和擠壓比的對(duì)應(yīng)曲線采用與擠壓速度相同的方法，總計(jì)繪制12條曲線。

利用熱力學(xué)相圖軟件計(jì)算In740H合金的平衡相圖，確定合金的初熔溫度為1300℃(圖4)，確定熱擠壓模具材料H13熱作模具鋼的軟化溫度為650℃，確定實(shí)際擠壓設(shè)備的承載極限為3800噸(38MN)，確定In740H合金熱擠壓荒管的目標(biāo)晶粒尺寸為55μm。

采用上述標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每種擠壓工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選：擠壓過(guò)程中管坯最高溫度不高于合金的初熔溫度(1300℃)，模具最高溫度不高于模具材料的軟化溫度(650℃)，擠壓載荷峰值不高于設(shè)備的承載極限，荒管1/2壁厚處的晶粒尺寸與目標(biāo)值相差不大于10μm；

確定每種工藝參數(shù)使所有優(yōu)化判據(jù)滿足標(biāo)準(zhǔn)的取值范圍，并對(duì)四種取值范圍取交集，進(jìn)而優(yōu)化工藝參數(shù)。以擠壓速度為例，具體如圖5-圖9所示：擠壓速度的備選值為25、50、75、100、125、150和200mm/s，數(shù)值模擬結(jié)果表明當(dāng)擠壓速度低于133.6mm/s時(shí)，管坯最高溫度低于In740合金初熔溫度1300℃(圖5)；當(dāng)擠壓速度低于191.1mm/s時(shí)，模具最高溫度低于模具軟化溫度650℃(圖6)；在所有備選擠壓速度下，擠壓峰值載荷均低于設(shè)備承載極限38MN(圖7)；當(dāng)擠壓速度在67.0mm/s～161.6mm/s范圍時(shí)，荒管1/2壁厚處的晶粒尺寸與目標(biāo)晶粒尺寸的差值不大于10μm(圖8)。對(duì)以上優(yōu)選范圍進(jìn)行疊加，取交集可得In740H合金管材熱擠壓過(guò)程中擠壓速度的優(yōu)選范圍為67.0mm/s～133.6mm/s。

采用相同方法對(duì)其他工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，同時(shí)使四個(gè)優(yōu)化判據(jù)滿足標(biāo)準(zhǔn)的管坯預(yù)熱溫度范圍為1130～1170℃，擠壓比小于7.2。

在6000噸擠壓機(jī)上對(duì)In740H合金管材進(jìn)行熱擠壓試制，以驗(yàn)證優(yōu)選工藝參數(shù)的正確性。試制管坯尺寸為外徑Φ218mm，內(nèi)徑Φ70mm，長(zhǎng)度610mm，荒管尺寸為外徑Φ105mm，內(nèi)徑Φ61mm，經(jīng)計(jì)算擠壓比為5.8。結(jié)合工藝參 數(shù)優(yōu)選范圍，選定擠壓速度100mm/s，管坯預(yù)熱溫度1160℃。整個(gè)擠壓過(guò)程順利，擠壓結(jié)束后得到的荒管表面質(zhì)量高，無(wú)內(nèi)部裂紋，橫截面1/2半徑處的晶粒尺寸為61μm(圖9)。

實(shí)施例二：

本例采用數(shù)值模擬方法優(yōu)選鎳基耐蝕合金In690合金管材熱擠壓工藝參數(shù)。

本實(shí)施例中所述的耐蝕合金In690的化學(xué)組成成分重量百分比為C≤0.05％，Cr：27～31％，F(xiàn)e：7％～1.0％，Si≤0.5％，Cu≤0.5％，Ni：余量。

根據(jù)本發(fā)明所述的目的和工作原理，具體技術(shù)方案為：

高溫?zé)釅嚎s實(shí)驗(yàn)樣品取自In690合金鍛棒的1/2半徑處，加工成Φ8×12mm圓柱，高溫壓縮實(shí)驗(yàn)在Gleeble熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，熱壓縮溫度選擇1050℃、1100℃、1150℃和1200℃，應(yīng)變速率選擇0.1s-1、1s-1和10s-1，壓縮真應(yīng)變量為0.16、0.35、0.7和0.9，共48組變形條件，得到合金的流變曲線、本構(gòu)方程及包含動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的組織演化數(shù)學(xué)模型。

根據(jù)In690合金管材實(shí)際尺寸在商用軟件Deform中建立有限元模型。管坯尺寸外徑Φ204mm，內(nèi)徑Φ77.5mm，長(zhǎng)度600mm，模型中各部件采用四邊形單元進(jìn)行網(wǎng)格化離散。

對(duì)In690合金管材熱擠壓過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，得到擠壓全過(guò)程管坯和模具的溫度分布、管坯的應(yīng)變量分布、擠壓結(jié)束時(shí)荒管的晶粒尺寸分布和擠壓載荷隨時(shí)間的變化曲線，并從中確定該次模擬過(guò)程中工藝參數(shù)優(yōu)化判據(jù)的具體取值，即管坯最高溫度、模具最高溫度、擠壓載荷峰值和熱擠壓荒管(非端部)1/2壁厚處的晶粒尺寸。

改變擠壓工藝參數(shù)的取值(包括：擠壓速度、管坯預(yù)熱溫度和擠壓比)，對(duì)每種工藝參數(shù)組合進(jìn)行一次數(shù)值模擬，在改變一種工藝參數(shù)取值時(shí)，其他參數(shù)保持不變。

確定每一次數(shù)值模擬計(jì)算過(guò)程中的優(yōu)化判據(jù)取值，并繪制以下曲線：以擠壓速度為橫坐標(biāo)，以不同擠壓速度下的管坯最高溫度為縱坐標(biāo)繪制曲線，按照同樣方法繪制擠壓速度-模具最高溫度曲線，擠壓速度-擠壓載荷峰值曲線，擠壓速度-1/2壁厚處的晶粒尺寸曲線。另外兩種擠壓工藝參數(shù)——管坯預(yù)熱溫度和擠壓比的對(duì)應(yīng)曲線采用與擠壓速度相同的方法，總計(jì)繪制12條曲線。

利用熱力學(xué)相圖軟件計(jì)算In690合金的平衡相圖，確定合金的初熔溫度為1387℃，確定熱擠壓模具材料H13熱作模具鋼的軟化溫度為650℃，確定實(shí)際擠壓設(shè)備的承載極限為3500噸(35MN)，確定In690合金熱擠壓荒管的目標(biāo)晶粒尺寸為65μm。

采用上述標(biāo)準(zhǔn)對(duì)每種擠壓工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選：擠壓過(guò)程中管坯最高溫度不高于合金的初熔溫度(1387℃)，模具最高溫度不高于模具材料的軟化溫度(650℃)，擠壓載荷峰值不高于設(shè)備的載荷極限(35MN)，荒管1/2壁厚處的晶粒尺寸與目標(biāo)值相差不大于10μm；

確定每種工藝參數(shù)使所有優(yōu)化判據(jù)滿足標(biāo)準(zhǔn)的取值范圍，并對(duì)四個(gè)取值范圍取交集，進(jìn)而優(yōu)化工藝參數(shù)。具體過(guò)程與實(shí)施例1相同，經(jīng)過(guò)優(yōu)選得到In690合金管材熱擠壓的優(yōu)選擠壓速度范圍為：183.5mm/s～277.0mm/s，管坯預(yù)熱溫度范圍為：1183℃～1251℃，擠壓比范圍為：8.8～17.4。

在3500噸擠壓機(jī)上對(duì)In690合金管材進(jìn)行熱擠壓試制，以驗(yàn)證優(yōu)選工藝參數(shù)的正確性。試制管坯尺寸為外徑Φ204mm，內(nèi)徑Φ77.5mm，長(zhǎng)度600mm，荒管尺寸為外徑Φ87.5mm，內(nèi)徑Φ72.5mm，經(jīng)計(jì)算擠壓比為14.8。結(jié)合工藝參數(shù)優(yōu)選范圍，選定擠壓速度200mm/s，管坯預(yù)熱溫度1200℃。整個(gè)擠壓過(guò)程順利，擠壓結(jié)束后得到的荒管表面質(zhì)量高，無(wú)內(nèi)部裂紋，橫截面1/2半徑處的晶粒尺寸為70μm。

本發(fā)明又一實(shí)施例還提供一種鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取裝置，參見(jiàn)圖10所示，該裝置包括：

數(shù)值模擬分析單元，用于對(duì)熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析，獲取多組不同熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)下的管坯的優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)；所述熱擠壓工藝參數(shù)包括：熱擠壓速度、管坯預(yù)熱溫度以及熱擠壓比；所述優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)包括：擠壓全過(guò)程中管坯的最高溫度、擠壓全過(guò)程中模具的最高溫度、擠壓載荷峰值和荒管的晶粒尺寸；

關(guān)系曲線構(gòu)件單元，用于構(gòu)建每一種熱擠壓工藝參數(shù)與優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系曲線，

取值區(qū)間確定單元，用于根據(jù)所述關(guān)系曲線以及預(yù)設(shè)的判據(jù)選擇條件，確定每一種優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的熱擠壓工藝參數(shù)的取值區(qū)間；

優(yōu)選取值獲取單元，用于對(duì)所有優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的同一種熱擠壓工藝參數(shù)的取值區(qū)間進(jìn)行交集處理，獲取熱擠壓工藝參數(shù)的優(yōu)選取值。

本實(shí)施例中，數(shù)值模擬分析單元、關(guān)系曲線構(gòu)件單元、取值區(qū)間確定單元和優(yōu)選取值獲取單元的具體功能和交互方式，可參見(jiàn)圖1對(duì)應(yīng)的實(shí)施例的記載，在此不再贅述。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取裝置中，在對(duì)熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析后，分別得到三個(gè)熱擠壓工藝參數(shù)對(duì)應(yīng)的熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)下的管坯的優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)，再根據(jù)該優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)，構(gòu)建每一種熱擠壓工藝參數(shù)與優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)之間的曲線關(guān)系，并根據(jù)所述關(guān)系曲線以及預(yù)設(shè)的判據(jù)閾值，確定每一種優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的熱擠壓工藝參數(shù)的取值區(qū)間，然后再對(duì)所有優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的同一種熱擠壓工藝參數(shù)的取值區(qū)間進(jìn)行交集處理，獲取熱擠壓工藝參數(shù)的優(yōu)選取值。在這個(gè)過(guò)程中，使用四種優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)，綜合對(duì)三個(gè)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)選，能夠針對(duì)鎳基合金管材在熱擠壓過(guò)程中的多種工藝參 數(shù)進(jìn)行更加精確的獲取，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行更加有效的指導(dǎo)。

參見(jiàn)圖10所示，本發(fā)明又一實(shí)施例還提供鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取裝置中，數(shù)值模擬分析單元的具體結(jié)構(gòu)，包括：

數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取管坯材料的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線或者本構(gòu)方程，并獲得所述管坯材料所對(duì)應(yīng)的包含動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程的組織演化數(shù)學(xué)模型；

有限元分析模塊，用于根據(jù)所述真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線或者本構(gòu)方程，并根據(jù)所述組織演化數(shù)學(xué)模型，使用有限元分析法對(duì)所述熱擠壓模型進(jìn)行管坯熱擠壓過(guò)程的數(shù)值模擬分析，獲取每一組熱擠壓工藝參數(shù)取值下的管坯的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、模具的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、荒管的晶粒度分布數(shù)據(jù)和擠壓載荷隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)；

優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)獲取模塊，用于根據(jù)所述管坯的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、模具的溫度場(chǎng)分布數(shù)據(jù)、荒管的晶粒度分布數(shù)據(jù)和擠壓載荷隨時(shí)間變化數(shù)據(jù)，獲取每一組熱擠壓工藝參數(shù)取值下的管坯的優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)。

本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)獲取模塊、有限元分析模塊和優(yōu)化判據(jù)數(shù)據(jù)獲取模塊的具體功能和交互方式，可參見(jiàn)圖3對(duì)應(yīng)的實(shí)施例的記載，在此不再贅述。

參見(jiàn)圖12所示，本發(fā)明又一實(shí)施例還提供另外一種鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取裝置，還包括：熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)生成單元，調(diào)整熱擠壓工藝參數(shù)的取值，獲得多組熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)。

本實(shí)施例中，熱擠壓工藝參數(shù)備選數(shù)據(jù)生成單元具體功能和交互方式，可參見(jiàn)圖2對(duì)應(yīng)的實(shí)施例的記載，在此不再贅述。

在上述幾個(gè)實(shí)施例中，所述預(yù)設(shè)的判據(jù)選擇條件包括：管坯的最高溫度小于管坯材料的初熔溫度；模具的最高溫度小于模具材料的軟化溫度；擠壓峰值載荷不高于設(shè)備承載極限；荒管的晶粒尺寸與目標(biāo)晶粒尺寸相差 小于等于10μm。

本發(fā)明有益效果：

(1)對(duì)鎳基合金管材熱擠壓過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬可以跟蹤工藝全過(guò)程，給出管坯和模具在擠壓各個(gè)階段的溫度場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分布以及擠壓載荷隨時(shí)間的變化曲線，進(jìn)而直接確定優(yōu)化判據(jù)的具體數(shù)值。同時(shí)，工藝參數(shù)的變化和組合是在計(jì)算機(jī)上行模擬實(shí)現(xiàn)的，節(jié)省了大量實(shí)際試擠壓所帶來(lái)的成本。

(2)本發(fā)明中優(yōu)化判據(jù)的提出充分結(jié)合了鎳基合金的特點(diǎn)，該類合金管材的服役條件要求其具有優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和耐蝕性，為此在合金設(shè)計(jì)時(shí)加入了大量的合金元素，由此引出該類管材熱擠壓生產(chǎn)的主要技術(shù)難點(diǎn)：1)合金化程度的提高會(huì)通過(guò)固溶強(qiáng)化機(jī)制增大材料的熱變形抗力，在擠壓參數(shù)選擇不當(dāng)時(shí)導(dǎo)致擠壓載荷大于設(shè)備承載極限而使管材無(wú)法順利擠出(即“悶車”)；2)Al、Ti等合金元素的加入會(huì)明顯降低合金的初熔溫度，由于管材擠壓在密閉的擠壓筒內(nèi)進(jìn)行，且管坯表面涂覆了具有保溫效果的潤(rùn)滑劑，因此擠壓過(guò)程中坯料會(huì)出現(xiàn)劇烈的溫升，這一溫升會(huì)使材料變形抗力降低而有利于擠壓，但如果溫升過(guò)大會(huì)使坯料局部溫度超過(guò)合金初熔溫度而形成局部液相，該區(qū)域在后續(xù)變形和冷卻過(guò)程中成為裂紋萌生點(diǎn)，引起內(nèi)部和表面質(zhì)量問(wèn)題甚至導(dǎo)致管材局部碎裂；3)合金元素的大量加入使鎳基合金具有較低的層錯(cuò)能，進(jìn)而在變形量較大的熱擠壓過(guò)程中傾向于以動(dòng)態(tài)再結(jié)晶作為主要軟化和晶粒細(xì)化方式，使熱擠壓荒管的組織決定于擠壓過(guò)程中動(dòng)態(tài)再結(jié)晶發(fā)生的程度以及再結(jié)晶的晶粒尺寸，因此本發(fā)明通過(guò)高溫?zé)釅嚎s實(shí)驗(yàn)獲得包括動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的組織演化數(shù)學(xué)模型。

由此可知，本發(fā)明分析了鎳基合金管材熱擠壓實(shí)際過(guò)程中主要問(wèn)題的本質(zhì)原因，并建立其與實(shí)際工藝參數(shù)之間的關(guān)系，通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)每種工藝參數(shù)針對(duì)每個(gè)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化并將優(yōu)化范圍疊加，最終給出同時(shí)解決各種問(wèn)題的優(yōu)選參數(shù)范圍。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的鎳基合金管材熱擠壓工藝參數(shù)獲取方法以及裝置的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括存儲(chǔ)了程序代碼的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述程序代碼包括的指令可用于執(zhí)行前面方法實(shí)施例中所述的方法，具體實(shí)現(xiàn)可參見(jiàn)方法實(shí)施例，在此不再贅述。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡(jiǎn)潔，上述描述的系統(tǒng)和裝置的具體工作過(guò)程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過(guò)程，在此不再贅述。

所述功能如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷售或使用時(shí)，可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說(shuō)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：U盤、移動(dòng)硬盤、只讀存儲(chǔ)器(ROM，Read-Only Memory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。