Page 96 - 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

这些模型在一定程度上提升了微观偏析预测的精准度。随着对宏观偏析认知的加
深，数值预测方法渐渐从微观尺度拓展到宏观尺度。宏观偏析的形成和铸件凝固
过程中的流动、传热、传质等多种因素相互作用相关，所以需要构建多物理场耦

合的模型来开展预测。有限元法和有限体积法（FVM）在宏观偏析数值模拟中
获得了广泛运用，它们能够同时考量多种物理因素的影响，对铸件整体的偏析分
布予以预测。
在应用层面，偏析数值预测在钢铁、铝合金等材料的铸造过程中得到了广泛

应用。有研究运用多物理场耦合模型对连铸板坯的宏观偏析进行模拟，剖析了拉
速、冷却强度等工艺参数对偏析的影响，为连铸工艺的优化提供了理论支撑。还
有学者针对铝合金轮毂的铸造过程，通过数值模拟预测了元素的偏析情况，并提
出了相应的控制办法。尽管偏析数值预测取得了一定的进步，但仍面临一些挑战。

宏观偏析的形成机理复杂，涉及多种物理过程的相互作用，目前的模型还难以全
面精确地描述这些过程。此外，实验数据的匮乏也制约了模型的验证和改进，使
得偏析数值预测的精度和可靠性有待进一步提高。

四、缩孔、偏析缺陷概述

（一）缩孔缺陷
1. 形成机理
缩孔的形成和金属凝固进程中的体积改变紧密相连。当金属由液态变为固态

时，其原子间距会有所变动，造成体积收缩。这种收缩涵盖液态收缩、凝固收缩
和固态收缩三个阶段，液态收缩指的是金属处于液相线温度以上时，因温度降低
而引发的体积收缩；凝固收缩是在凝固过程中，从液相线温度到固相线温度之间
出现的体积变化；固态收缩是说金属在固相线温度以下，随温度持续降低而产生

的收缩。
在铸件凝固期间，要是液态收缩和凝固收缩得不到充分弥补，就会在铸件最
后凝固的部位形成缩孔。对于纯金属、共晶成分合金以及窄结晶温度范围的合金，
在一般铸造条件下，它们趋于逐层凝固，也就是从铸件表面往内部逐步凝固。在

此过程中，当铸件表面的液态金属凝固成固体时，因其收缩能从内部未凝固的液
态金属中获得补充，然而随着凝固的推进，内部液态金属也渐渐凝固，其收缩无
法再从外部液态金属得到补充，就会在铸件中心或最后凝固的部位形成缩孔。以

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