大型锻件锻造过程中内裂纹愈合与外裂纹预防

摘要

大型锻件是大型关键设备与大型装置中的主要基础零部件，但由于其原材料大型铸锭中存在许多缺陷，常常导致大型锻件形成内部裂纹和外部裂纹缺陷，影响大型锻件的产品质量。本文针对这一问题，采用物理模拟和数值模拟的方法进行了研究。第二章、第三章采用物理模拟的方法对大型锻件内部裂纹愈合进行研究。第四章、第五章采用数值模拟方法对大型锻件外部裂纹的产生和预防进行研究。本文设计了Gleeble实验研究不同变形工艺对内裂纹愈合的影响，并设计了工业级别实验，验证了内裂纹的愈合效果。此外，在Gleeble实验研究中发现试样边缘部分易产生裂纹，因此利用有限元模拟方法从表面应力状态角度分析，发现表面轴向拉应力的压-拉转变是其关键的影响因素，并设计了细腰形锻造工艺预防此问题。本文的主要研究成果有： 1. 通过在Gleeble热压缩试样中预制裂纹缺陷，研究了变形温度和变形量对内部裂纹愈合的影响，发现变形温度越高，变形量越大，内裂纹的愈合效果越好。 2. 为了验证Gleeble实验结果的准确性，保证其结果在实际锻造生产中的适用性，设计了锻件内部裂纹愈合的工业级实验。结果表明在1200℃，变形量为40%时，可以有效焊合锻件内部裂纹。 3. 铸锭锻造变形过程中的表面应力分析结果表明，当变形量较大时表面轴向应力会发生压-拉转变，表面轴向应力的转变是引发锻件表面裂纹的因素之一，尤其是对于一些需要反复镦粗拔长的大型锻件，极有可能在镦粗过程中使拔长过程中的接砧压痕迅速扩展，形成较大的裂纹缺陷。 4. 表面轴向应力的压拉转变与坯料的鼓形程度d/h相关，d/h趋近于0.17时，表面应力发生压-拉转变。 5. 依据金属坯料镦粗过程中的表面轴向应力变化规律，设计了细腰形锻造工艺。该工艺有效阻止了表面轴向应力的压-拉转化，并提高了坯料变形的均匀性，可预防锻件表面的裂纹缺陷。借助Deform3D软件实现了细腰形锻造坯料的定量化设计。

目录

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