Page 226 - 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

片和涡轮工作叶片在工作时，不仅要承受高温燃气的高速冲击，还要承受巨大的
离心力和热应力。高温合金的高强度和良好的热疲劳性能，使其能够在这种复杂
的受力条件下，保持叶片的形状和尺寸精度，保障燃气轮机的高效运行。例如，

镍基高温合金 GH4738 就常被用于制造燃气轮机的涡轮叶片，它在高温下具有出
色的承载能力和抗氧化性能，在 1000℃下进行氧化试验，经过 100 小时后，其
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氧化增重仅为 0.1mg/cm 。涡轮盘则是连接涡轮叶片和转轴的重要部件，它需要
在高温和高转速下承受巨大的离心力。高温合金的高屈服强度和抗蠕变性能，使

得涡轮盘能够在这种极端条件下，可靠地传递动力，保证燃气轮机的稳定运行。
（三）性能需求与挑战
燃气轮机对高温合金的性能要求极为苛刻，耐高温和抗腐蚀是其中的关键指
标。燃气轮机的工作温度通常在 1000℃以上，这就要求高温合金在如此高温下，

仍能保持良好的力学性能，如高强度、高韧性、抗蠕变等，以确保部件在长时间
运行过程中不会发生变形、断裂等失效现象。同时，燃气轮机的工作环境往往较
为复杂，除了高温，还可能面临高硫燃气、海水盐分等腐蚀性介质的侵蚀。以舰
船用燃气轮机为例，它长期处于海洋环境中，海水的盐分和潮湿的空气会对其部

件造成严重的腐蚀。因此，高温合金必须具备优异的抗腐蚀性能，能够在恶劣的
腐蚀环境下，长时间保持材料的性能稳定，防止因腐蚀而导致的部件损坏和设备
故障。
研发高性能的高温合金面临着诸多技术挑战。在材料配方设计方面，需要精

确调整各种合金元素的比例，以获得最佳的性能组合。每种合金元素都有其独特
的作用，如镍可以提高合金的耐腐蚀性和高温强度，铬能增强抗氧化性能，钼、
钨等元素则有助于提高合金的高温蠕变强度。但如何在众多元素之间找到最佳的
平衡，是一个复杂而艰巨的任务。在制备工艺上，传统的制备工艺存在生产周期

长、成本高、能耗大等问题，难以满足燃气轮机对高温合金材料日益增长的需求。
例如，传统的熔炼工艺可能无法保证合金元素的均匀分布，从而影响材料的性能
一致性；铸造过程中的微观缺陷，如气孔、夹杂等，也会降低材料的强度和可靠
性。因此，需要不断研发新的制备工艺，如粉末冶金、定向凝固、增材制造等先

进技术，以提高材料的性能和生产效率。材料的性能评估也是一个难点。现有评
估方法存在测试周期长、数据可靠性低等问题，难以准确评估高温合金在复杂工
况下的性能。为了更好地指导材料的研发和应用，需要建立更加科学、准确的性

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