Page 160 - 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

3. 数值模拟与优化设计
数值模拟与优化设计是现代锻造工艺优化的关键环节。利用先进数值模拟技
术，可深入研究锻造时温度场、应力场、应变场等物理场变化，精准预测锻件微

观组织演变和力学性能分布。在数值模拟中，使用专业有限元分析软件，设定合
理边界与材料参数，全面模拟高强度紧固件材料锻造过程，清晰呈现不同工艺参
数下材料变形、温度、应力状况，助力理解物理机制。基于模拟结果进行优化设
计。针对温度场，精确调整加热温度与冷却速率，确保材料在最佳温度区间塑性

变形，避免组织缺陷。依据应力场和应变场，合理优化变形量、速度和路径，实
现均匀应变、细化晶粒，提升力学与加工性能。借助模拟优化模具形状尺寸，降
低材料流动阻力与摩擦损耗，提高锻件成形精度、表面质量，降低能耗与成本，
为高强度紧固件制造提供有力技术支撑。

（三）锻造工艺优化实验研究
1. 实验材料与设备
实验选用 GH4169D 高温合金，该材料在高强度紧固件制造中应用广泛。采
用高精度电子天平对合金原材料进行精准称重，确保材料用量准确。利用直读光
谱仪分析材料化学成分，保障其符合实验要求。锻造实验设备为先进的 3150kN

热模锻压力机，具备高精度的压力和速度控制功能。微观组织观察使用金相显微
镜与扫描电子显微镜，能清晰呈现材料内部结构变化。

2. 实验过程与方法
实验伊始，对 GH4169D 高温合金开展全面特性分析。制定详细锻造工艺方
案，明确锻造温度设为 950℃ ~1150℃区间、变形量控制在 30%~70%、变形速度
为 0.1~1m/s。实验中，借助压力机配套监控系统，实时记录各项参数。锻造时，
用金相显微镜和扫描电镜观察微观组织变化。完成锻造后，对锻件依次进行固溶

处理（温度 950℃ ~1050℃，保温 1~2h）及时效处理（温度 720℃ ~760℃，保温
8~10h），严格控制温度和时间。最后，使用万能材料试验机进行拉伸、冲击性
能测试，用布氏硬度计检测硬度，对比优化前后性能。

3. 实验结果与讨论
微观组织上，优化后的锻造工艺使 GH4169D 合金晶粒显著细化，热处理进
一步优化微观结构。性能测试显示，优化后材料拉伸强度提升约 20%、屈服强度
提高 15%、延伸率增加 10%，冲击性能与硬度也明显改善。讨论发现，合适锻

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