Page 121 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术

第四章 高温合金锻造过程数值模拟

第四章 高温合金锻造过程数值模拟

第一节 锻造工艺参数对组织性能的影响机制

一、锻造对锻件金属组织、性能的影响及缺陷

（一）锻造对金属组织和性能的影响
锻造生产中，除了必须保证锻件所要求的形状和尺寸外，还必须满足零件在
使用过程中所提出的性能要求，其中主要包括强度指标、塑性指标、冲击韧度、

疲劳强度、断裂初度和抗应力腐蚀性能等，对高温工作的零件，还有高温瞬时拉
伸性能、持久性能、抗蠕变性能和热疲劳性能等。锻造用的原材料是铸锭、轧材、
挤材和锻坯。而轧材、挤材和锻坯分别是铸锭经轧制、挤压及锻造加工后形成的
半成品。锻造生产中，采用合理的工艺和工艺参数，可以通过下列几方面来改善
原材料的组织和性能：打碎柱状晶，改善宏观偏析，把铸态组织变为锻态组织，

并在合适的温度和应力条件下，焊合内部孔隙，提高材料的致密度；铸锭经过锻
造形成纤维组织，进一步通过轧制、挤压、模锻使锻件得到合理的纤维方向分布；
控制晶粒的大小和均匀度；改善第二相（例如：莱氏体钢中的合金碳化物）的分

布；使组织得到形变强化或形变强化等。由于上述组织的改善，使锻件的塑性、
冲击韧度、疲劳强度及持久性能等也随之得到了提高，然后通过零件的最后热处
理就能得到零件所要求的硬度、强度和塑性等良好的综合性能。但是，如果原材
料的质量不良或所采用的锻造工艺不合理，则可能产生锻件缺陷，包括表面缺陷、
内部缺陷或性能不合格等。

（二）原材料对锻件质量的影响
原材料的良好质量是保证锻件质量的先决条件，如原材料存在缺陷，将影响
锻件的成型过程及锻件的最终质量。如原材料的化学元素超出规定的范围或杂质

元素含量过高。对锻件的成形和质量都会带来较大的影响，如 S、B、Cu、Sn 等
元素易形成低熔点相，使锻件易出现热脆。为了获得本质细晶粒钢，钢中残余铝
含量需控制在一定范围内，如 A1 酸 0.02%~0.04%（质量分数）。含量过少，起

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