DEFORM是一套基于有限元分析方法的專業工藝仿真系統，用于分析金屬成形及其相關的各種成形工藝和熱處理工藝。DEFORM 不同于一般的有限元程序，是專為金屬成形而設計、為工藝設計師量身定做的軟件，可以用于模擬零件制造的全過程，從成形、熱處理到機加工，幫助設計人員在制造周期的早期能夠檢查、了解和修正潛在的問題或缺陷。本文為大家介紹DEFORM高溫合金微觀組織計算應用。

IN-625是一種常用于航天、航海和能源行業的高溫鎳基合金，主要用于高腐蝕、高溫和高強度環境下。高溫下的強度必然導致極大的鍛造載荷，因此在生產少量鍛件以后，模具經常發生失效。

細化晶粒是IN-625合金的強化機制，如下圖所示。細晶粒的鍛件相比粗晶粒鍛件具有更高的屈服和抗拉強度值。另外，在高溫下單個晶粒生長迅速，因此為了滿足機械性能要求，將使用較低的鍛造溫度。

隨著溫度的降低，IN-625合金變形需要的流動應力迅速增加。相反的，在較高溫度下鍛造高溫合金充滿模具型腔過程具有低的流動應力，需要鍛造載荷也較低。高溫鍛造減少了模具中的應力，從而增加了模具壽命。因此，從模具的角度來看，較高的鍛造溫度是優選的。

不幸的是，這些相互競爭的過程正朝著相反的方向發展。鍛造溫度越低，晶粒越細，強度性能越好。而較高的鍛造溫度又能提高模具壽命。

合金的鍛造過程是通過動態、亞動態和靜態再結晶來細化晶粒尺寸。沒有簡單的設計方法可以確保鍛件在不損壞模具的情況下滿足機械性能要求。

在DEFORM模擬中，JMAK模型提供了鍛件晶粒尺寸的實際估計。DEFORM模擬還允許借助模具應力分析來預測模具失效的可能性。因此，鍛造工程師可以研究折衷方案以成功地鍛造IN-625合金零件。

美國DF公司在生產一個IN-625合金的鍛件時，由于零件為了滿足強度要求，需要在低溫下鍛造，但在鍛打過程中存在嚴重的模具失效問題。模具應力分析計算后，發現了與幾次實際鍛造后發生的斷裂相符的過度拉伸應力（上圖紅色區域）。在PRO-FAST開發晶粒尺寸模型的項目中，波特蘭州立大學測試了IN-625，為晶粒尺寸模型提供數據。對典型的IN-625鍛件進行了溫度、應變速率和應變范圍的測試。這些試驗被用來建立再結晶和晶粒生長模型。

JMAK模型在DEFORM軟件鍛造模擬中可以運行，該模型在零件水平上預測平均晶粒尺寸和再結晶百分數。20多年來，IN-718在航天領域的應用已證明是一種實用的生產工程工具。一旦執行了測試，測試數據就可以用來定義所需材料類型的JMAK變量。在大多數零件中，期望是預測一個或兩個零件的ASTM晶粒尺寸。

使用DEFORM Material Suite模塊將測試數據擬合到JMAK方程。用于動態再結晶的方程如下所示。

下圖是晶粒生長的圖形表示，它是溫度的強函數。

手工擬合這些復雜的方程需要大量迭代，冗長且耗時，沒有直接的解決方案。DEFORM Material Suite模塊中有工具可以顯著地減少這種工作（從一周或更長時間到幾個小時），并獲得極好的結果。

新晶粒尺寸模型的首次研究是在美國DF鍛造廠的錘上鍛造IN-625合金零件上。鍛件的橫截面顯示了通過中心截面的晶粒尺寸分布。實際生產的鍛件中心粒度為ASTM 4，DEFORM軟件使用新模型預測的晶粒尺寸為ASTM 4.5。在1.5個ASTM點內預測了表面微觀結構。在加利福尼亞州安姆福雷的另一個壓力鍛造廠也進行了新模型的試驗，晶粒度預測精度同樣令人印象深刻。

JMAK模型雖然不完善，但是很實用。其中一些案例是由中型鍛造車間的工程師在SFTC工作人員的指導下模擬的。這些模型需要校準，并且一些模型系數可能根據壓力機和錘鍛等設備的不同發生變化。

來源：安世亞太