随着中国国力的不断提升，中国航天航空领域获得了飞跃性的发展，产生了如神州系列火箭，北斗卫星导航系统和嫦娥四号月球着陆等诸多令世人瞩目的成果。但在一些航空航天设备的基础零件设备的研发工作上，我国与其他一些航空大国仍存在一定的差距。由于相对起步较晚和存在技术壁垒等原因，一些性能优秀的航空材料及其成型工艺始终是我国发展航空事业的一大难题。

GH4169合金作为一种在-253~650℃具有优良的抗腐蚀性，抗辐照性，热加工性，焊接性以及力学性能的金属，在航空发动机中应用得最为广泛^[1-4]。该材料在发动机中的用量已由几个、十几个零件号增加至二百多个，如太行发动机(即涡扇10系列发动机)中应用 GH4169合金的零件号达261个，零件总质量占核心机质量的 60%，占发动机质量的30%以上^[5]。

受工艺水平和设备能力的限制，传统生产航空发动机机匣类锻件的方法为分段制造后再焊接组装，或是轧制矩形环件进行机加获得。传统方法不仅浪费大量材料，增加机加工时， 还会破坏锻件的流线，使锻件整体性能下降；另一方面，分段制造后的焊接过程易造成变形和性能下降等问题，直接影响发动机的性能^[6]。而如今随着环件轧制技术的不断成熟，传统生产方法已被逐步淘汰，新的工艺难题摆在了我们的面前。

环件轧制是利用轧辊驱动环件旋转，并在径向和轴向上实施轧制变形，环件直径不断增加，壁厚减小，截面逐渐成形的塑性加工方式^[6]。相比传统分段焊接工艺，环件轧制不仅节约大量材料，降低加工成本，最重要是不用分段生产再进行焊接，提高了机匣的均匀性及整体性能水平。但GH4169合金变形抗力大，流动性较差，给锻件成形带来困难^[7]，其对变形程度和变形温度较敏感，控制不当容易造成锻件组织及性能不达标^[8]。GH4169合金的动态再结晶晶粒尺寸会随着变形温度升高而增大，且变形温度越高，长大程度愈大；随应变速率的降低而增大，应变速率越低，晶粒长大幅度越大。动态再结晶的量随变形温度升高和变形程度增大而增多^[9]。另外，我国的环件轧制技术与发达国家相比仍相对落后，环件的精确轧制技术基础尚未建立，对于环件轧制的运动学、材料流动规律、组织演化等问题仍有待深入研究，轧制曲线与主辊转速，芯辊进给速度等工艺参数也未成熟规范化^[10-12]。

环件轧制工序总流程一般为镦粗、冲孔、扩孔、胀形、预轧、终轧工步成形^[13]。本次课题研究的是应用于航空发动机机匣类零件的GH4169合金矩形环件成型工程中的一步重要工艺——马架扩孔工艺的优化，该工艺的主要作用是对冲孔后的GH4169合金毛坯进行初加工扩孔，使得扩孔后的毛坯壁厚达到环件轧制的要求，对于异性环件，马架扩孔还能使矩形毛坯产生一定斜度，方便之后的轧制工艺操作^[14-15]。

在传统马架扩孔生产中，毛坯的旋转与锻锤的压下量都因人工操作所带来的误差导致其不够准确稳定。随着生产技术的提高和自动化技术的普及，马架扩孔工艺同样需要与时俱进，确定规范其优化方案，从而适应如今的大批量自动化生产的优化，这对GH4169合金在之后的环件轧制工序中成型性能的稳定性改善与其制造周期时间的缩短起着相当重要的作用。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

通过查阅中外相关GH4169合金文献，阐述其研究背景，判断其马架扩孔最佳锻压温度区间，并分析矩形截面环件马架扩孔成形工艺的特点以及毛坯尺寸与目标尺寸的相互关系，选定合适的锻锤压下量和毛坯旋转速度，确定模拟初始参数取值与范围。然后通过DEFORM有限元软件，对GH4169高温合金矩形截面环件进行不同成形参数的数值模拟，最后分析不同参数比对内部应变分布、形状误差、成形效率的影响，以得到最佳马架扩孔参数，并进行总结。

目标：

调整始锻温度，终锻温度，环件旋转角度和锻锤压下量等马架扩孔参数，对工艺中环件旋转一周后数值模拟得到的不同成形参数如圆度，成型效率，等效应变，成型力和轴向尺寸等进行分析，选出几组相对较好的数据，在这些较好数据的条件下重复调整马架扩孔参数并测量比较成形参数，直至环件达到目标尺寸要求，并使数据规范化且符合自动化需求。