Page 98 - 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

位的凝固收缩受到阻碍，从而形成缩孔；对于一些具有封闭内腔的铸件，若没有
设置合理的补缩通道，内腔中的液态金属在凝固时无法得到外部金属液的补充，
也会形成缩孔。

3. 对铸件性能的影响
缩孔的存在对铸件的力学性能有着严重的负面效应。缩孔的出现会减少铸件
受力的有效面积，使铸件在承受荷载时，实际承载面积减小，从而降低铸件的强
度。缩孔还会在其尖角处产生应力集中现象，当铸件受到外力作用时，这些应力

集中点容易引发裂纹的产生与扩展，进一步降低铸件的强度和韧性。在航空发动
机叶片中，缩孔缺陷可能导致叶片在高温、高压的工作环境下，因应力集中而产
生疲劳裂纹，随着裂纹的不断扩展，最终导致叶片断裂，严重危及飞行安全。
缩孔会显著降低铸件的气密性。对于一些需要承受压力或密封要求较高的铸

件，像汽车发动机缸体、液压泵体等，缩孔的存在会使铸件内部形成孔隙通道，
导致气体或液体通过这些孔隙泄漏，无法满足使用需求。在汽车发动机缸体中，
若存在缩孔，会导致发动机在工作过程中出现漏气、漏油现象，不仅影响发动机
的性能和燃油经济性，还可能导致发动机故障，增加维修成本。缩孔还会影响铸

件的物理性能和化学性能，如影响铸件的密度、硬度、耐腐蚀性等，降低铸件的
整体质量和使用寿命。
（二）偏析缺陷

1. 形成机理
偏析的出现是因为溶质元素在凝固进程中分布不均匀。合金凝固时，因溶质
原子在固相和液相中的溶解度有差别，会出现溶质再分配情况。合金从液态开始
凝固时，最先结晶出的固相成分和液相成分不一样，固相里的溶质含量比液相里
的溶质含量低。随着凝固推进，液相里的溶质不断朝固相—液相界面扩散，在界

面处聚集，使液相里的溶质浓度逐渐升高。若凝固速度快，溶质原子来不及充分
扩散，就会造成固相里溶质分布不均，进而产生偏析。
晶内偏析，也叫树枝晶偏析，是在一个晶粒范围内，晶内和晶界处化学成分
不一致的现象。对于有一定结晶温度范围的合金，凝固过程中，合金原子的扩散

速度低于结晶速度，就容易产生晶内偏析。锡青铜铸件中，晶粒含铜多，晶界含
锡多。这是因为凝固时，锡在固相中的扩散速度慢，随着结晶进行，锡在晶界处
逐渐聚集，导致晶内和晶界化学成分有差异。

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