Page 102 - 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

或有限体积法等，对热传导方程进行求解。这些算法的基本思路都是将连续的温
度场离散化，通过迭代计算逐步逼近真实的温度分布。求解完成后，软件会输出
铸件在不同时刻的温度场数据，通过对这些数据的分析，可以绘制出温度随时间

和空间的变化曲线，直观地观察铸件的凝固过程，进而预测缩孔可能出现的位置。
温度场模拟法具备诸多优点。它能够直观地呈现铸件凝固过程中的温度分布
和变化情况，通过分析温度场数据，可以清晰地了解铸件各部分的凝固顺序和热
节位置，从而准确地预测缩孔可能出现的区域。这种直观性让工程师能够快速定

位问题所在，为制定针对性的工艺改进措施提供了便利。温度场模拟法适用于各
种形状和材料的铸件，具有较强的通用性，不管是形状简单的铸件还是结构复杂
的铸件，都可以通过建立相应的模型进行模拟分析。然而，该方法也存在一些不
足。温度场模拟需要进行大量的数值计算，尤其是对于形状复杂的铸件和精细的

网格划分，计算量会显著增大，这对计算机的硬件性能提出了较高要求，可能导
致计算时间过长，影响工作效率。模拟结果的精度在很大程度上取决于所设置的
材料热物性参数和边界条件的准确性。如果这些参数的取值与实际情况存在偏差，
那么模拟结果的可靠性也会受到影响。在实际铸造过程中，由于各种因素的影响，

如材料的不均匀性、铸造环境的波动等，准确获取这些参数并非易事，这也在一
定程度上限制了温度场模拟法的应用精度。
（三）其他方法

1. 凝固过程模拟法
凝固过程模拟法是一种全面考量传热、传质以及动量传输等多种物理现象，
对铸件凝固进程展开综合模拟，进而预测缩孔的办法。在铸件凝固期间，传热是
温度改变与凝固推进的根基，传质涉及溶质元素在液相和固相间的重新分布，动
量传输主要和液态金属的流动相关。这些物理过程彼此耦合、相互作用，共同决

定了铸件的凝固表现和缩孔的产生。
传热时，热量从高温的液态金属向低温的铸型传递，致使液态金属温度下降
并逐步凝固。传质方面，因为溶质元素在固相和液相中的溶解度存在差异，在凝
固过程中会出现溶质再分配现象，这不但影响铸件的成分均匀性，还会对凝固温

度和凝固方式造成影响，从而影响缩孔的形成。动量传输中，液态金属的流动会
改变温度场和浓度场的分布，推动或阻碍补缩过程。在重力作用下，液态金属可
能会出现自然对流，让铸件底部的温度相对较高，凝固速度较慢；而在浇铸过程

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