Page 123 - 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

使最终热处理后的锻件性能下降，甚至不合格。例如，严重的石状断口和棱面断
口、过烧、不锈钢中的铁素体带、莱氏体高合金工具钢中的碳化物网和带等。有
些锻件的组织缺陷，在最终热处理时将会进一步发展，甚至引起开裂。例如，合

金结构钢锻件中的粗晶组织，如果锻后热处理时未得到改善，在碳、氮共渗和淬
火后常引起马氏体粗大和性能不合格；高速钢中的粗大带状碳化物，淬火时常引
起开裂。不同成形方法，由于其受力情况不同，应力应变特点不一样，因而可能
产生的主要缺陷也是不一样的。例如，坯料镦粗时的主要缺陷是侧表面产生纵向

或 45°方向的裂纹，锭料镦粗只上、下端常残留铸态组织等；矩形截面坯料拔
长时的主要缺陷是表面的横向裂纹和角裂，内部的对角线裂纹和横向裂纹；开式
模锻时的主要缺陷则是充不满、折迭和错移等。不同种类的材料，由于其成分、
组织不同，在加热、锻造和冷却过程中，其组织变化和力学行为也不同，因而锻

造工艺不当时，可能产生的缺陷也有其特殊性。例如，莱氏体高合金工具钢锻件
的缺陷主要是碳化物颗粒粗大、分布不均匀和裂纹，高温合金锻件的缺陷主要是
粗晶和裂纹；奥氏体不锈钢锻件的缺陷主要是晶间贫铬，抗晶间腐蚀能力下降，
铁素体带状组织和裂纹等；铝合金锻件的缺陷主要是粗晶、折叠、涡流、穿流等。

二、锻造工艺参数对金属材料性能的影响

（一）金属材料的锻造工艺参数概述
金属材料的锻造工艺参数是决定锻造件质量和性能的关键因素。以下是锻造

工艺中常见的一些重要参数概述，锻造温度：金属在锻造过程中需要加热到一定
的温度，以便获得所需的塑性和流动性。锻造温度的选择取决于金属的种类、化
学成分和预期的机械性能。过高的温度可能导致氧化、晶粒粗大；而过低的温度
则可能导致锻造困难，增加设备负荷。变形速率：金属的变形速率，即锻造速度，

对锻造件的结构和性能有重要影响。一般来说，变形速率越快，金属的流动性越
差，可能导致内部应力增加和微观结构的不均匀。锻造压力：锻造过程中施加的
压力大小对金属的致密性和结构有决定性影响。足够的压力可以使金属更好地充
满模具，减少内部空洞和缺陷。模具设计：模具的形状、尺寸和表面质量直接影

响锻造件的外形和内部质量。模具设计需要考虑到金属的流动性、收缩率以及锻
造后的冷却和热处理等因素。冷却和热处理：锻造后的冷却和热处理工艺对锻造
件的最终性能至关重要。适当的冷却速度可以防止热裂和变形，而热处理则可以

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