Page 57 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术

第二章 数值模拟基础理论与方法

研究对象的实际尺寸建立模型的形状尺寸，并对模型赋予一定的材料热力学和物
理性能以达到模拟的准确性。在变形参数较多的情况下，要根据研究目的确定合
理的实验方案。常规数值模拟实验方法在解决金属成形中各种参数的变化对成形

结果影响的过程时，由于需要进行多变量、多水平的全面实验，导致模拟实验次
数过多而造成工作量太大，一般采用正交实验法；这种实验方法就是利用排列整
齐的正交表，对实验进行整体设计、综合比较、统计分析，实现通过少数实验找
到更好的实验结果和参数，以达到最优秀的实验效果。数值模拟计算结果可以

以二维和三维的方式直观地呈现给使用者。通过对实验结果的二次分析，可以对
一些材料进行组织预测。姚志浩等人对 MSC.SUPERFORM 软件进行二次开发，
利用 FORTRAN 语言，预测 GH738 合金锻造过程中晶粒分布。户金科等人在
DEFORM-3D 中直接输入动态再结晶模型和本构方程模型，对 IN690 合金管材挤

压过程的微观组织进行了模拟，得到了不同挤压条件下动态再结晶和平均晶粒尺
寸的变化规律。

二、数值模拟在高温合金热变形方面的应用

（一）热挤压过程
热挤压法是一种将金属在再结晶温度以上进行挤压，使坯料从一个模孔挤出，
以得到模孔形状断面管材或型材的金属成型方法；在整个挤压过程中，坯料都是
在三向压应力状态下进行变形的。影响热挤压成形效果的主要因素在于挤压温度

和挤压速度，对这两个工艺参数的研究是当下热挤压成型领域的热点。王忠堂等
采用有限元软件，建立了管材挤压模拟模型，对高温合金 IN690 高温、高速热挤
压工艺进行了数值分析，获得了不同工艺条件下变形材料内部的温度场、应变场、
应力场、挤压力的变化规律。林好转等通过用 Marc 2005 有限元软件对变形高温

合金 GH4169 热挤压、FGH95 的不锈钢包套热挤压过程进行了温度场耦合的刚
塑性和弹塑性有限元法数值模拟计算和分析，得到高温合金和粉末高温合金的挤
压过程的相关工艺参数分布的数值和变化规律，并确定出合适的挤压工艺参数；
模拟计算结果表明：高温合金热挤压时挤压锥角、挤压速度对挤压变形过程的影

响最大。孙海伟等通过运用有限元方法对 690 镍基合金热挤压过程进行数值模拟，
分析了温度、挤压速度、挤压比以及润滑条件对挤压过程的影响，研究了坯料内
部应力场、应变场及温度场的变化规律；结果表明，变形温度和挤压比是影响挤

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