Incoloy是美国特殊金属公司发明的一种添加了钼、铜和钛的镍-铁-铬固溶强化合金。该合金具有在酸性介质中抗氯离子的应力腐蚀能力同时对硫化物也有较好的抗腐蚀能力因而其广泛应用于油气开发等领域。目前国内对其锻造成形的研究不多本文利用塑性成型有限元软件Deform对使用Incoloy合金的法兰锻造成形进行了探索，分析了失败的原因，给出了修改建议在实际生产中取得了满意的效果。
合金材料成型的主要问题
合金的高温下变形抗力较大，即便在始锻温度°C，其流动应力也在MPa以上。这给成形增加了难度。为了防止晶界腐蚀，提高抗硫化氢应力腐蚀的能力，对晶粒的要求是越小越好。而合金加热和冷却时不发生相变，因此不能通过热处理方法细化晶粒，只能通过塑性变形及再结晶来细化晶粒。而在对其进行塑性变形时，又要特别注意其各处的变形量，要保证大于临界变形程度25%防止产生晶粒粗大。
法兰锻造方案的模拟与实验
因为镍合金价格较高，为了节省材料，同时考虑到合金在锻造时的变形抗力较大，初步采用预锻加终锻的工艺。初始坯料是经过开坯的圆柱型棒料，如图1（a
）
所示。在预锻成型过程中，坯料的下端受到开口不断缩小的预锻模具的作用，不断产生挤入变形。此时，坯料与模具型腔内壁发生相对运动产生摩擦力，但坯料在竖直方向受到的向下的力大于摩擦力，因此坯料最初主要沿轴向运动，填充了型腔的绝大部分，如图1(b)所示。但是随着模具开口的缩小以及坯料和型腔内壁接触的面积越来越大，坯料沿轴向运动越来越困难，在轴向运动受到抑制的情况下，坯料的上部开始沿径向发生镦粗变形，如图1（c）所示。预锻结束后的实际形状如图1（d
）
所示。
预锻结束后，将所得到的坯料加载到终锻模具中，如图4（a）所示。由图3可以看出，终锻过程的载荷变化可以分为OA、AB和BC三个阶段。当坯料的下端和模具型腔接触后，此时坯料与模腔内壁发生相对运动并产生摩擦，但坯料受到的竖直方向的力要大于摩擦力，因此坯料首先沿竖直方向运动，并不断填充模具下端型腔。随着坯料和模具下端型腔接触面积的不断增大，向下运动的阻力也越来越大，坯料在竖直方向的运动逐渐被抑制，坯料和模具型腔的台阶面开始发生接触，如图4（b）所示，接下来坯料主要沿径向运动发生镦粗变形，随着坯料变形量的逐渐增加，所施加的外力也逐渐增大，对应于图3AB段。当坯料充填完大部分型腔，开始和模具型腔上端接触后，如图4（c）所示，若使坯料继续变形，这时所需要的力会骤然上升，对应于图3BC段，这个阶段所施加的力主要使坯料的上部分变形充填模具的上端型腔，坯料下端竖直方向的变形量很少，导致坯料的下端不能完全充填满模具型腔，如图4（d）所示。在实际生产中，由于设备所施加的力有限，坯料下端成形不完全的状况更加明显，如图5所示。
改进后锻造方案的模拟与实验
通过以上的模拟和实验，发现原始方案出现的主要问题是：坯料最下端成形困难。由于坯料最下端的成形发生在变形的最后阶段，而此时坯料的绝大部分已经成形，和模具型腔内壁的接触面积已经很大，再想使坯料最下端挤压变形就会变得非常困难，同时所需要的力也会急剧增大。鉴于坯料最下端位于变形后期时变形困难的弊端，采用了将坯料最下端首先成形的思路。为此，对坯料进行了预锻，预锻后坯料的形状如图7（a）所示。预锻不用模具，是对圆柱型坯料进行局部拔长。
在改进后的终锻过程中，坯料的变形可以分成三个阶段。首先是坯料的下端发生镦粗成形，包括坯料最下端在内的坯料的颈部全部成形，这个过程在载荷---步数曲线上对应于图8的OA段。当坯料和模具型腔的台阶面接触上之后，由于刚开始接触面积较大，因此外加载荷有一个较大的提高，从图8的A点提高到了B点，这时坯料的上部分发生镦粗变形，并在模具型腔台阶面上沿径向流动，对应于图8的BC段。坯料的径向流动到模具型腔上端的边缘时，此时径向流动会受到模具型腔内壁的约束，要填充图7（c）III区所施加的载荷也骤然升高，对应于图8的CD段。当上模的下表面和上模的上表面接触后，形结束，此时坯料也完全充填满型腔。同时观察终锻件的等效应变，其各部分变形程度都已经超过25%，符合要求。同时成形的最大载荷也减小到原始方案的86%。而在接下来的实验中，也获得了符合要求的锻件，如图6所示。
结论
1）在原始方案中，坯料无法全部充填完成的主要原因是：坯料最下端的变形发生在最后阶段，属于挤入成形，因此充满变得非常困难。改进后经过预锻的坯料，使锻压过程中坯料的最下端以鐓粗成形，因此充满变得容易。2）改进后经过预锻的坯料所得到的锻件各处变形量都大于临界变形量，满足要求。3）改进后锻造中所需的最大载荷也比最初方案要小，降低了对设备的要求。4）按照本文提出的工艺，得到了符合要求的锻件。
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