高温合金相较于传统合金在高温条件下服役仍具有优良的高温性能,广泛应用于航空发动机和船舶燃气轮机关键部位。高温合金战略意义较大,关于此类合金研究重点集中于新牌号的开发和已有牌号合金的热处理工艺及性能提升等,高温合金铸件由于多为薄壁件,且铸件工艺出品率低,加工困难,多用于精密铸件。因此提升高温合金铸件的铸件工艺出品率并在此基础上保证铸件质量可作为一个研究方向来进行深入研究,对于提升经济效益和大范围应用高温合金具有重要的战略意义。本研究以Inconel 939高温合金为研究对象,设计并创建高温合金铸件的特征件模型,以特征件的内外环法兰冒口尺寸作为优化对象,参考普通铸钢件常用冒口设计的模数法计算冒口尺寸,并通过优化拉丁超立方法进行实验方案设计,利用有限元分析模拟实验方案,统计模拟结果,基于不同算法建立响应面模型,选择误差较小的响应面,并基于该响应面建立多目标优化模型,通过非支配排序遗传算法(Non-Dominated Sorting Algorithm-II,NSGA-II)和多准则决策(Multi-Criteria Decision Maker,MCDM)相结合,寻找符合约束的最优参数组合。使用Pro CAST模拟最优参数组合,统计相关结果,比较与NSGA-II优化得到的结果,证明了优化的可靠性。本文的主要研究内容如下:建立特征件模型,根据铸件的常见结构,设计特征件模型,使之能代替绝大多数铸件模型,从而使得研究结果具有一定的可推广性,联系到高温合金目前的使用情况,大部分用于航空发动机及船舶燃气轮机,这些零部件一般都是环形部位,结构极其复杂,为使得研究结果与实际更贴合,根据相似性原理,简化模型并添加特征部位,完成特征件建模;优化拉丁超立方法设计实验方案,对特征件模型进行冒口优化,由于对高温合金铸件冒口设计方法研究较少,参照铸钢件的冒口计算方法,从而确定一个过盈冒口,也确定了冒口的尺寸范围,在该范围内进行寻优;Pro CAST有限元分析计算,确定实验方案后,进行有限元分析计算,参考实际的铸件浇注和凝固过程来设置边界条件,使有限元计算分析获得的结果与实际结果更接近,统计有限元计算分析的结果,为下一步优化做准备;多目标优化软件mode FRONTIER进行参数优化,采用NSGA-II算法进行参数寻优和MCDM进行多准则决策,利用有限元分析计算的结果,基于不同算法建立响应面模型,并选择精度较高的响应面模型,对多目标的响应面模型设置输出约束后使用NSGA-II优化算法进行多目标寻优,对寻优结果使用MCDM进行多准则决策,对优化目标施加权值以获得最佳的参数组合,从而完成整个高温合金铸件的冒口优化过程。通过对高温合金铸件的冒口优化技术进行研究后发现,相较于模数法铸件的工艺出品率由43.21%提升到59.94%,高温合金优化冒口的高径比与铸钢件冒口设计的推荐比1.2相近,有限元计算和实际浇注获得的结果较为接近,并将该优化技术应用于开放式叶轮铸件的冒口优化,结果表明工艺出品率提升了15%。