Page 142 - 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

及相应的宏观流动行为进行预测逐渐成为研究重点。传统的经验模型在模拟参数
过程中存在局限性和复杂性问题，数值模型可以从材料初始状态出发，对不同热
加工条件下的塑性变形结果进行预测。其中元胞自动机方法具有良好的耦合性、

微观结构可视化以及计算高效便捷的特性，可以通过与其他模拟方法进行结合，
充分发挥各自的优点，因此具有极大的研究价值。当前 CA 法在金属及合金动态
再结晶领域的研究主要存在以下局限：①对于低 SFE 材料 DDRX 过程的二维模
拟应用较多，但针对 CDRX 过程的三维模拟应用较少，因此未来发展方向应该

向三维模拟方向继续发展；② CA 模型中所包含的物理演化模块可以分为位错密
度演化机制模块、形核模块以及晶界长大模块，但是无法直接模拟材料在复杂受
力情况下的孪生形核、异常长大等情况，因此亟须建立合适的数学模型来进行
描述。

第三节 模具—工件界面摩擦与热传导建模

一、铝合金热挤压过程中界面摩擦

铝型材由于具有比强度、比刚度高，吸能性能好，回收容易等一系列优点，
是汽车轻量化理想的构件。挤压作为一种高效率、低能耗的少无切屑加工工艺，
是铝型材加工的主要方法。摩擦是一种复杂的力学现象，而热挤压过程中工件和

模具之间涉及复杂的形变、热力学及化学反应，使摩擦问题更为复杂。在铝合金
热挤压过程中，工模具主要包括挤压垫、挤压筒和挤压模具，工件与工模具不同
接触部位由于产生的变形温升、接触压力和界面滑移速度等具有显著差异，使接
触界面的摩擦学行为显而不同。特别是模具工作带位置在高温高压条件下，产生

严重的粘着或滑移摩擦，使表面材料易发生磨损失效，严重影响模具的使用寿命、
挤压出口的材料流动行为、产品的表面质量和报废率等。因此，理解挤压过程不
同接触界面的摩擦学行为特征对于模具材料的表面强化、提高型材的表面质量以
及根据接触界面的摩擦学特征为挤压数值仿真选择合适的摩擦模型和摩擦因数具

有重要意义。数值仿真是铝合金热挤压工艺优化与成本控制的重要手段。摩擦是
影响仿真精度一个重要的边界条件，难以测量和确定。目前，在挤压数值仿真中，
摩擦模型一般采用库伦或剪切摩擦模型，摩擦因数也通过查表或经验获取，仿真

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