Page 152 - 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

逐渐减少为0，摩擦类型从粘着摩擦逐渐过渡为滑移摩擦。界面摩擦存在3个区域，
但如何定量确定 3 个区域的长度需要进一步探索。模具工作带位置产生的高摩擦
和严重的化学扩散，使工作带的过渡区域容易出现磨损和疲劳，严重制约模具使

用寿命和挤出型材表面质量。开发具有高性能低成本和适合工业化应用的表面强
化技术提升模具材料的耐磨性和耐腐蚀具有重要前景。库伦摩擦模型不适合于挤
压摩擦边界条件；剪切摩擦模型在挤压仿真摩擦边界条件应用最为广泛。挤压垫、
挤压筒和模具界面位置摩擦因数可以取值为 0.9~1。模具工作带位置的摩擦因数

取值国内外学者尚未达到一致，差异较大，需要进一步的研究；现有的经验摩擦
模型与物理摩擦模型虽能一定或完全反映接触界面的物理本质，但目前在仿真软
件中应用都具有一定局限性。挤压试验方法适合于研究挤压筒位置的接触摩擦学
行为；短距离球盘摩擦试验适合于表征模具工作带位置的接触摩擦学行为，磨损

过程中的剪切摩擦应力可以代替摩擦因数作为工作带位置的摩擦边界条件，但如
何引入到商业有限元软件里并是否能准确模拟材料流动行为需进一步研究。

二、热传导模型

热传导模型是研究热量传导的理论模型，在工程、物理学和材料科学等领域
有着广泛的应用。
（一）热传导模型的基本原理
热传导是指物质内部由热量高处向热量低处的传递过程。热传导模型基于传

热定律，通过数学表达形式来描述这一过程。热传导模型的基本原理可以归纳为
以下三点：
热传导方程：热传导方程是热传导模型的核心，它描述了热量传递速率与温
度梯度之间的关系。通常情况下，热传导方程可以用偏微分方程表示，其中包括

时间、空间和温度等参数。
热导率：热导率是材料的物理性质之一，它代表了单位距离内热量通过单位
面积的速率。热导率与材料的导热性质有关，通常用 W/（m·K）作为单位，其
中 W 表示热功率；m 表示距离；K 表示温度。

边界条件：热传导模型需要考虑边界条件的影响，如表面吸收或散射辐射、
对流换热等。边界条件的选择与具体问题相关，不同的边界条件可能会导致不同
的模型结果。

136