Page 58 - 数值模拟驱动的高温合金热加工技术
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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
压力的主要因素，挤压力与挤压比的对数之间呈线性关系，并且摩擦的存在使得
管材外表面温度升高而有产生裂纹的倾向。采用有限元方法模拟高温合金管材热
挤压的文章报道很多。例如，丁雨田等研究了高温合金 GH3625 的热挤压成形；
李敬勇等研究了 38Ti48Ni14Nb 形状记忆合金管材的热挤压成形；王珏等研究了
GH4169 合金管材正挤压等。
（二）热轧过程
将产品加热到一个特定温度通过一对旋转轧辊间隙的生产工艺被称为热轧。
热轧工艺中主要的控制参数包括轧制温度、道次、轧制速度、热边界条件、轧制
力等。权秋红在研究 Nimonic80A 合金热轧工艺时，利用有限元模拟对热轧过程
的奥氏体晶粒回复以及动态再结晶过程进行了研究；通过有限元模拟发现动态再
结晶规律，通过对应变的准确预测可以初步预测微观组织的演变。隋凤利研究优
化 GH4169 合金的热连轧工艺建立了轧制过程中热力耦合分析的有限元模型，发
现制定热连轧工艺应注意心部单元的工艺分析，并且初步预测了轧件的各项参数
数值。周佳等采用有限元软件 MSC，MARC 对 GH4169 合金 10 道次的可逆热轧
过程进行了研究；与众多模拟不同的是，建模时设计以等效空心辊代替实心辊，
通过三维模拟得到了轧件温度、厚度及变形等参数的分布图。朱志林等人采用弹
塑性热力耦合有限元法对高温合金钢 IN718 中厚板多道次热轧过程进行了模拟，
得出轧制力随轧制道次增加呈现先升高再降低的趋势（第四个道次达到最大值），
而随压下率和轧制速度提高而增加的结论。
（三）锻造过程
锻造工艺是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获
得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。一般对受力大、要求高
的重要机械零件，大多采用锻造生产方法制造。在锻造过程中，变形温度对高温
合金的影响很大。由于高温合金的合金化程度高，所以其热加工的温度范围很窄。
高温可以降低变形抗力，但温度过高甚至超过材料的过烧温度，则会导致材料锻
造裂纹的产生。马天军用数值模拟的方法研究 GH2674 合金超大型涡轮盘的自由
锻造成形的过程，发现锻造形变时，合金材料表面温度降低，内部温度升高。应
变速率在合金的锻造成形过程中也非常敏感。应变速率过高会导致工件局部过热
产生粗晶现象，所以在确定了锻造温度后要选择一个合适的应变速率来改善变形
的均匀性。陈文豪等运用 DEFORM-3D 软件，对 GH4169 合金涡轮盘锻造过程
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