Page 100 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术

Numerical Simulation Driven Hot Working Technology for High-temperature Alloys
数值模拟驱动的高温合金热加工技术

性等不一致。承受载荷时，性能弱的部位易变形或断裂，降低铸件整体强度和使
用寿命。机械制造中，一些重要零部件，如曲轴、齿轮等，若有偏析，会因局部
强度不足在工作中出现磨损、疲劳断裂等问题，影响设备正常运行。

偏析还会影响铸件耐腐蚀性。偏析区域因化学成分不均，会形成不同电极电
位，在铸件表面形成微观腐蚀电池。在腐蚀介质作用下，电位低的区域先腐蚀，
使铸件耐腐蚀性降低。海洋工程、化工等领域，铸件耐腐蚀性很重要，偏析缺陷
可能使铸件短期内严重腐蚀损坏，缩短设备寿命，增加维护成本。偏析还可能对

铸件加工性能、物理性能等产生不利影响，如影响铸件切削加工性能、导电性、
磁性等，进一步限制铸件应用范围。

五、缩孔数值预测方法

（一）Niyama 判据法
Niyama 判据是一种缩松预测方法，它基于铸件凝固过程中冷却速度和固相
率的关系。此判据指出，缩松的产生和铸件在凝固末期的冷却状况紧密相连。在
铸件凝固期间，当固相率达到一定程度后，枝晶间的液态金属会逐步被分割成孤

立的小熔池。要是这些小熔池在后续冷却时，冷却速度过快，致使液态金属在凝
固收缩时无法得到有效补缩，就会出现缩松。Niyama 判据综合考量冷却速度和
固相率，以此评估缩松形成的可能性。具体而言，它假定在凝固末期，冷却速度
越快，枝晶间液态金属的补缩通道越易堵塞，进而加大缩松的形成概率；而固相

率越高，剩余液态金属的量越少，也会让补缩更为困难，进一步推动缩松的出
现。通过构建这两个因素间的数学关系，Niyama 判据能够对缩松的形成开展定
量分析。
Niyama 判据法在缩松预测上具备显著优势。它对微观缩松的预测成效较为

良好，能够依据枝晶间显微缩松的形成原理，通过计算判据值，较为精准地评定
显微缩松产生的可能性，并预测出显微缩松产生的位置。这让在铸造工艺设计阶
段，可针对可能出现显微缩松的部位采取相应举措，像调整冷却速度、优化浇
冒口系统等，从而有效降低显微缩松缺陷的产生，提升铸件的内部品质。不过，

Niyama 判据法也存在一定的局限。在宏观缩孔预测方面，由于宏观缩孔和宏观
缩松的形成机制与微观缩松有所不同，宏观缩孔更多受铸件整体的壁厚分布、补
缩通道的畅通性等宏观因素影响，而 Niyama 判据主要聚焦于微观层面的冷却速

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