Page 220 - 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

晶粒组织需均匀，流线应沿锻件外形合理分布。更为关键的是，材料在高温环境
下必须具备抵御腐蚀和氧化的能力。鉴于这些苛刻条件，奥氏体基体组织的高温
合金被视为涡轮盘材料的理想选择。

（三）镍基涡轮盘材料的特点
镍基高温合金的种类繁多，而在国内，用于涡轮盘锻造的镍基材料主要包
括 FGH95、GH4033、GH4169、GH4133 以及 GH4133B 等。其中，GH4133B 合
金是在 GH4133（即 GH33A）的基础上，通过微量的合金元素镁、锆的添加，

并结合特殊的冶炼和模锻工艺，所形成的新型合金。这种合金在高温（通常指
70℃ ~750℃）的氧化环境和燃气腐蚀条件下，展现出卓越的热稳定性和热强性，
使得它能够在承受重大应力的状态下持续使用。因此，GH4133B 高温合金成为
涡轮盘材料的优选。

值得一提的是，GH4133B 作为一种典型的航空发动机用镍基高温合金，是
当前使用最为广泛的涡轮盘材料。GH4133B 镍基合金相较于 GH4133 合金，其
缺口敏感性得到了完全消除。该合金不仅展现出良好的综合性能，更在晶粒尺寸
上达到了均匀细小的水平。此外，其屈服强度相比 GH4133 合金有了显著提升，

达到了 78.5~98MPa。在蠕变和疲劳性能方面，GH4133B 合金也表现出更优越的
性能。特别是在 750℃高温环境下，其持久强度从 343MPa 提升至 392MPa，同
时高温低周疲劳强度也得到了相应增强。这些优异的力学性能使得 GH4133B 镍
基合金成为涡轮盘材料的理想选择。

（四）镍基涡轮盘的锻造难点
GH4133B 合金，兼具耐高温与高强度的特性，同时也属于难变形合金范畴。
在适宜的热加工温度范围内，它仍展现出显著的变形抗力。值得注意的是，该合
金在加热和冷却过程中并无同素异构转变，这意味着其锻造工艺对最终产品的组

织和性能有着至关重要的影响。此外，在低温环境下，GH4133B 的导热系数相
对较小，若装炉温度控制不当或升温速度过快，便可能导致裂纹的产生。
在低温环境下，由于 GH4133B 合金的导热系数较小，若装炉温度控制不当
或升温速度过快，便可能导致裂纹的出现。这些裂纹不仅影响产品的美观度，更

可能对其使用性能造成严重影响。同时，锻件表裂和内裂的临界变形量与变形温
度及相对变形量之间存在着紧密的联系。这种关系可以通过图示进行直观地展示。
在锻造过程中，相对变形量对锻件塑性有着显著的影响。随着相对变形量的

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