生产大功率内燃机用Inconel751合金气门的电镦加模锻工艺十分复杂,与传统的自由锻相比,该工艺大大提高了生产效率和成材率。但由于该工艺还不够成熟,出现气门颈部晶粒粗大导致的掉头现象,本文通过对Inconel751合金高温压缩成形过程进行物理模拟试验、气门模锻成形过程进行有限元数值模拟,确定了导致出现气门颈部晶粒粗大问题的根源,通过直接时效热处理细化晶粒。 通过热模拟高温压缩试验,研究了Inconel751合金高温变形时的力学行为和动态再结晶行为。分析了变形温度、变形速率对流变应力曲线的影响规律,根据流变应力曲线和定量金相分析,采用非线性回归方法,求得了Inconel751合金的热变形激活能,建立了峰值应力和动态再结晶晶粒尺寸同Zener-Hollomon参数之间的关系,绘制出高温变形时的动态再结晶图。 采用大型有限元分析软件MARC/Autoforge3.1对Inconel751合金气门模锻成形过程进行模拟,再现了典型工况条件下的材料变形过程中温度场、应变场、应力场和再结晶晶粒尺寸的演变,确定了变形过程中变形抗力的变化情况,确定了导致气门颈部出现晶粒粗大的主要原因是初始晶粒尺寸的影响,通过解剖实物气门对比,模拟结果与实际基本一致。改变初始晶粒尺寸,通过模拟计算得到初始晶粒尺寸小于15 μm时,可以基本上消除颈部晶粒粗大区。 采用直接时效Inconel751合金的晶粒尺寸明显降低,室温和高温拉伸性能和冲击性能明显提高,这些都有利于提高气门的使用寿命。