袁朝龙[1]2002年在《大型锻件内裂纹缺陷修复的物理模拟研究》文中研究指明大型锻件作为大型成套装备的核心零部件，在国民经济建设、国防装备和现代尖端科学重大装置中发挥着非常重要的作用。大型锻件的生产水平反映一个国家的工业生产水平，生产中大型锻件报废将造成巨大的经济损失。论文针对我国大型锻件生产中存在的共性技术问题，对影响大型锻件质量的内裂纹缺陷修复过程和机理，进行深入系统地研究。采用物理模拟的方法，研究了大型锻件内裂纹缺陷修复机制。根据大型锻件的特点和生产实际，建立了叁种裂纹模型模拟大型锻件的内裂纹缺陷，设计了完整系统的模拟实验方案。除采用常用修复方法外，提出了变温修复。系统研究了温度、加热时间、温度变化率、加压等热力参数对修复过程中裂纹尺寸、材料的显微组织、晶粒、成分、显微硬度、强度等变化的作用。研究了大型锻件内裂纹缺陷修复过程中微观组织变化规律，提出修复结晶是大型锻件内裂纹缺陷修复的主要形式。内裂纹缺陷修复过程中，裂纹孔隙处以多种方式进行修复结晶，修复结晶所需材料由基体迁移扩散方式输运，导致修复区出现异常组织、细晶粒、成分差异和晶格变异等现象。根据裂纹扩展的G判据，从能量平衡的角度在理论上分析了裂纹修复的机理和过程。根据实验结果将修复过程分为叁个阶段，并提出了裂纹修复的叁个层次和内裂纹缺陷修复的指导性判据，解释了实际生产中缺陷修复现象。在研究内裂纹缺陷修复的过程中，发现金属材料内裂纹缺陷修复存在着类生现象，类似人体创伤愈合，产生了瘢痕，存在类似人体创伤愈合中的促进型和抑制型两种“生长因子”。同时展望了材料内裂纹缺陷修复的拟生研究前景。本论文在热力参数对裂纹修复的作用、裂纹修复机理、拟生研究方法、修复过程理论解释等环节都进行了创新性研究，解释了实际生产中大型锻件内裂纹缺陷成功修复或失败的应用实例。研究成果对修复大型锻件内裂纹缺陷、提高大型锻件质量具有指导作用。
高艳涛[2]2007年在《大型锻件孔隙性缺陷修复的力学条件及冷却自愈合研究》文中进行了进一步梳理大型锻件是经济建设、国防工业和现代科学事业发展所必需的各种大型、关键设备、装置中的主要基础零部件,其生产能力和技术水平是衡量一个国家的重工业发展水平的主要标志之一。论文针对我国大型锻件生产中存在的共性技术问题,对大型锻件内部孔洞性缺陷的修复,进行了深入的研究,对于今后大型锻件的生产质量具有重大意义。建立了孔洞性缺陷锻造过程物理模拟模型,在Gleeble-3500材料试验机上通过对带孔锻件的压合实验,分析了孔洞缺陷在锻造过程中的变形演变过程及临界闭合孔洞界面的微观形态。根据孔洞闭合界面的接触力学行为,建立了闭合孔洞界面在压力(或变形)作用下的高温扩散焊合物理模拟模型,通过对具有光滑表面的试件进行压力焊接试验来模拟闭合孔洞的焊合过程,得出了孔洞焊合与压力、温度和保温时间的关系。采用有限元模拟的方法,建立了大型锻件锻后形态的有限元模型,研究了大型锻件锻后冷却过程中应力、温度随冷却时间的变化分布。以物理模拟得出的闭合孔洞焊合条件为判据,通过模拟不同冷却条件下锻件内部应力、温度等热力参数的变化,选择出了最佳的锻后冷却工艺。为验证有限元模拟的准确性和可靠性,进行了工件空冷的物理实验。通过实验结果和有限元模拟的对比,二者温度场分布基本吻合,验证了有限元模拟的可靠性。本文研究了大型锻件孔洞性缺陷的高温扩散焊合过程,建立了大型锻件内部缺陷修复的判据,得出了锻件锻后热处理前的最优冷却工艺。研究成果对修复大型锻件内部孔隙性缺陷、提高大型锻件的质量具有指导作用。
孟凡莹[3]2011年在《大型锻件内裂纹愈合的理论和实验研究》文中研究表明大型锻件作为大型成套设备的核心零件,对国民经济建设、国防装备发展和现代尖端科学技术重大装置的发展影响很大。其生产能力、产品级别与性能质量水平是一个国家工业水平的标志之一。在大型锻件生产中,锻件内裂纹缺陷是直接影响大型锻件质量的共性技术难题。论文针对大型锻件内裂纹缺陷愈合的现象,对其内裂纹愈合的行为特性以及愈合原理进行了深入的实验和理论研究。内裂纹愈合实验中发现,内裂纹愈合在细观上表现为内裂纹表面愈合结晶或内裂纹表面附近的基体晶粒长大。内裂纹表面愈合结晶与内裂纹表面附近的基体晶粒长大都是内裂纹表面迁移的方式,二者的物质来源是基体中的原子扩散。内裂纹愈合过程发生必然存在其热力学驱动力,对含不同形态内裂纹的试样进行了加热保温实验、热塑性变形实验以及热塑性变形后加热保温实验。实验发现,内裂纹存在愈合现象,其愈合行为与加热温度、保温时间等外部因素有关,但受裂纹自身条件控制。根据实验结果提出内裂纹表面附近的畸变能是内裂纹愈合的驱动力。内裂纹愈合的宏观过程即是内裂纹表面向裂纹中心方向迁移的过程,根据界面迁移理论及表面TLK模型,提出内裂纹表面迁移的物理模型。根据热力学原理,得到扁平币形内裂纹表面迁移行为启动的判据,提出孔隙型缺陷表面迁移行为启动临界半径的概念。内裂纹愈合的微观过程是基体中原子向裂纹表面扩散迁移的过程,根据热力学定律,得到内裂纹愈合的热力学模型,可以用来估算内裂纹的最终愈合程度,该模型的计算结果符合内裂纹愈合实验得到的内裂纹愈合规律。根据原子扩散理论,得到以内裂纹表面附近畸变能为驱动力的内裂纹原子扩散愈合模型,该模型的计算结果与实验结果接近。
张军强[4]2017年在《大型锻件锻造过程中内裂纹愈合与外裂纹预防》文中认为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、第叁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。
阚盈[5]2014年在《塑性变形中孔隙产生、修复模型及数值模拟》文中研究表明孔隙性缺陷是金属材料中常见的一种缺陷,金属中孔隙的萌生、扩展并连结成宏观裂纹缺陷,是导致很多核能、电力、化工工业中构件在加工和使用过程中失效的主要原因之一。因此,研究孔隙性缺陷在一定条件下的萌生、扩展和修复,对发展塑性成形、扩散焊接和粉末烧结等工艺都有重大的指导意义。主要研究内容包括：首先通过基于真实微观结构的,嵌入基体延性损伤断裂、颗粒脆性断裂和界面损伤断裂的有限元模型,研究了第二相粒子对金属材料孔隙性缺陷演变的影响以及复合材料板材轧制过程中的孔隙演变规律。研究表明：对于20%vol. SiCp/Al复合材料,在拉伸变形过程中,孔隙首先在颗粒与基体的界面处萌生,然后在基体和界面处扩展,最后导致材料的断裂。在模拟结果中,可以看到基体断裂、界面脱粘和颗粒断裂叁种失效形式同时存在。复合材料中各组分的性质对复合材料的孔隙性缺陷演变有影响。模拟结果表明界面结合强度越高,材料拉伸过程中的生成的孔隙越少。过高强度的第二相粒子使复合材料在拉伸过程中产生较多的孔隙。不同压下量的SiCp/Al复合材料多尺度轧制模拟结果表明,压下量为25%时,变形不均引起的边部拉应力导致了对应区域微观结构的断裂,从而使复合材料板材产生边裂缺陷。其次通过高温拉伸实验研究了热力参数对材料变形行为的影响。研究表明：在800℃～1200℃和0.04-4s-1的应变速率范围内,含1%初始孔隙的316L不锈钢的断口形貌中都存在韧窝。在温度一定时,随着应变速率增大,韧窝变得小而密集；在应变速率一定时,随着变形温度升高,韧窝尺寸变大。断口形貌中大尺寸的韧窝为材料中初始孔隙扩展形成的。基于扩散理论和概率理论,建立了热处理过程中疏松缺陷修复的动力学理论模型,该模型考虑了疏松缺陷孔隙尺寸概率分布。与不考虑孔隙尺寸概率分布模型的计算结果相比,概率模型的计算值与实验结果更接近。通过疏松缺陷修复动力学模型建立了热处理过程中的疏松修复图。利用疏松修复图可以确定疏松缺陷修复的必要温度和时间。基于Kuhn的多孔材料塑性理论,建立了考虑温度影响的单向压缩过程中疏松材料致密化模型。与原有的多孔材料塑性理论模型计算结果相比,考虑温度影响的模型与实验结果吻合较好。通过热处理实验、等温恒应变速率压缩实验和变形后热处理实验,研究了疏松类孔隙性缺陷的修复行为和疏松类孔隙性缺陷对材料变形行为和微观组织的影响。研究表明：高温压缩变形能提高材料孔隙尺寸的均匀性。在变形前期,疏松缺陷通过阻碍位错运动使材料硬化；在变形后期,根据变形温度不同,疏松缺陷通过促进材料的动态再结晶或阻碍晶粒的长大导致材料在高温变形时的软化或硬化现象。疏松修复的驱动力为变形畸变能、残余应力和输入的热量。变形畸变能是等温热处理中疏松修复的主要驱动力。在热处理过程中,晶界和孔隙相互作用,晶粒长大的同时消除了一部分孔隙。根据塑性变形理论、蠕变理论和扩散理论建立了考虑晶粒长大作用的裂纹类孔隙性缺陷修复的动力学理论模型。模型的数值计算结果表明：随着高温过程中晶粒的长大,晶界扩散对裂纹类缺陷修复的作用减少。根据裂纹缺陷修复的动力学模型,建立了裂纹缺陷修复图。利用裂纹缺陷修复图可确定给定裂纹参数下裂纹修复的必要时间和温度。通过裂纹修复的物理模拟实验验证了修复模型的有效性。
邱坤伦[6]2016年在《大型锻件空洞缺陷的数值模拟研究》文中进行了进一步梳理大型锻件是国家核心设备组成的基本部件,在许多领域都发挥着举足轻重的作用,其生产质量水平在一定程度上反映了国家工业发展情况。大型锻件具有投资大、批量少、品种多、制造周期长等特点,这制约着大型锻件行业的快速发展。我国与国外发达国家大型锻件行业发展有一定差距,尤其是高品质、高重量的大型锻件的生产无法满足相关行业的发展需求。一些关键设备所需锻件的重量、尺寸都在逐渐增加,这样,如偏析、疏松、残余缩孔、粗晶等缺陷在钢锭中就越明显,这将会从很大程度上降低大型锻件的产品合格率。因此,大型锻件的锻造过程,不仅仅是锻件的成形过程,更重要的是修复缺陷、改善组织的过程。大型锻件尺寸大、重量大、生产成本高的特点决定了不易直接利用其进行镦粗试验。本文首先基于塑性有限元基本理论,分析及推导了大型锻件内部空洞缺陷演变模型以及闭合的判定准则。然后,运用Deform-3D数值模拟软件,对不同参数条件下的45号钢圆柱体进行模拟分析。得到锻件内部应力、应变分布、空洞闭合过程以及高径比、空洞位置、摩擦系数、温度等参数对空洞闭合的影响,并通过对比验证了结果的正确性。研究结果表明：对于无空洞的圆柱体,圆柱体模型高径比为1.6时,锻件的横向、轴向和对角线从中心到表面的各点,同一轴线上的点随着离中心距离的变大,点附近的等效应变逐渐减小,而对于同一点的等效应变是随着压下率的增加而逐渐增大的,近似成一定的线性关系。锻件镦粗时,锻件两端会出现难变形区域,当压下率为25%左右时,就出现了现翘曲现象。随着压下率的增加,翘曲现象越明显,当压下率大于50%时容易产生裂纹。空洞形状变化可以从镦粗模拟过程看出,经过球形→椭球形→裂缝→细小裂纹→闭合的过程,并且空洞基本上是从空洞中心附近开始慢慢贴合,且逐步扩展到空洞的两个侧边,当压下率到空洞临界闭合值时,空洞会全部闭合：通过分析空洞周围点的应力、应变大小和分布特点,可以看出空洞在闭合时,空洞附近的应力应变会发生剧烈变化,空洞会闭合,但不是晶体组织上的焊合。锻件高径比在1附近时,是空洞的最佳闭合条件,空洞最容易闭合；高径比和压下率是影响大型锻件中空洞缺陷闭合的主要因素；摩擦系数、温度及空洞尺寸对空洞闭合的影响不大；空洞位置对空洞闭合的影响相对较大,但由于大型锻件的空洞大多集中于锻件心部,可只考虑空洞位于心部的相关研究。
张效迅[7]2009年在《大锻件锻造成形过程中内部空洞型缺陷演化规律的研究》文中研究说明大锻件是大型成套设备的核心零部件,被广泛应用于电力、冶金、造船、石油化工、核能、航空航天和国防军工领域。大锻件通常工作条件差、载荷大、安全可靠性要求高,因此质量要求极为严格。然而,钢铁冶金过程决定了大型钢锭内部不可避免地会存在空洞型缺陷,内部空洞的存在破坏了金属的连续性,容易形成应力集中与裂纹损伤,导致锻件寿命缩短以致报废。因此,深入认识空洞演化规律,探索提高空洞压实效果的条件,将有助于提高锻件内在质量,促进锻造工艺的制定由经验走向科学。由于大锻件内部分散着大量相对极为微小的空洞型缺陷,为了全面解析空洞在锻造过程中的演变,本文对空洞型缺陷的演化进行了较为系统的研究,试图回答这样的问题:如果大锻件某位置存在空洞型缺陷,那么空洞演化与大锻件锻造过程中的宏观力学量场有何定量关系?空洞演化有何规律?为此,本文基于细观塑性理论,通过理论建模、数值模拟和试验研究,提出了通用的空洞闭合判定准则,开发了模拟空洞演化的计算程序,在DEFORM软件基础上建立了大锻件锻造过程中内部空洞演化的仿真平台,并通过试验验证了所提出的理论和方法的正确性。主要研究内容和成果如下:针对大锻件锻造成形过程中内部大量微小空洞同时存在并各自变形的情况,本文提出了研究大锻件内部空洞演化的典型体元模型,典型体元模型是建立空洞演化与大锻件锻造成形工艺之间定量联系的桥梁。典型体元可以归结为大锻件宏观上的一个点元,对微小空洞而言可以视为无限大,典型体元的边界条件为大锻件锻造过程中该点处的宏观力学状态,典型体元内部的速度场决定空洞的演化。基于典型体元模型,运用细观塑性理论,建立了空洞的体积和形状演化参数与宏观力学量场之间的一般关系;基于虚功原理,建立了研究大锻件内部空洞演化的通用方法。典型体元模型为探索大锻件锻造过程中内部空洞型缺陷的演化规律提供了比较成功的研究方法。由于大锻件锻造成形过程中内部空洞的体积和形状都会变化,为了得到空洞演化的定量规律,本文基于旋转椭球双曲坐标系和空洞周围基体材料的动可容速度场,采用Rayleigh-Ritz法,对空洞演化进行了详细的数值计算,提出用空洞相对体积(空洞当前体积与空洞初始体积的比)作为判断大锻件锻造成形过程中内部空洞演化的依据,得到了材料属性、应力和应变状态对空洞演化的影响规律。结果表明,空洞体积变形率随着应力叁轴度水平和材料Norton指数的增大而单调增加;空洞相对体积随应力叁轴度水平的提高和等效应变的增大而减小;随着应力叁轴度水平和材料Norton指数的增大,空洞完全闭合所需的远场等效应变减小。针对实际生产中对具有明确物理意义和普遍适用性的空洞闭合判定准则的现实需求,本文基于力学分析和数值计算,通过研究球形空洞演化成扁椭球并最终闭合成为裂纹的过程,得到了空洞闭合的插值模型。根据插值模型和空洞演化的数值计算结果,通过引入四个参数,提出了一个简明的空洞体积演化模型,得到了包含材料属性、应力应变状态和温度影响的具有明确物理意义的大锻件内部空洞闭合判定准则,其中温度的影响通过材料Norton指数和应力应变关系来体现。空洞闭合判定准则定量地反映了空洞闭合的一般规律。针对大锻件锻造成形过程中难以准确预报内部大量微小空洞同时存在并各自演化这一难题,本文通过开发模拟空洞演化的计算程序,将空洞演化模型嵌入商用软件DEFORM,实现了大锻件锻造成形过程中内部空洞体积演变的定量化和可视化,建立了空洞演化的仿真平台,首次在大锻件锻造过程的模拟中将空洞相对体积同步、直观地显示出来,为锻造工艺的优化和锻造方法的创新提供了理论和计算依据,为揭示空洞演化规律和预报锻造工艺对空洞型缺陷的压实效果提供了一条新途径。在此仿真平台上,对不同砧形的镦粗工艺和多工步多道次的拔长工艺过程中锻件内部空洞闭合情况进行了数值模拟,分析对比了不同锻造方法对内部空洞的压实效果,并提出了钹形砧镦粗方法。由于大锻件体积大、重量高、价格昂贵,直接用大锻件进行试验受到诸多限制,而铅是再结晶温度为室温的金属材料,其常温塑性性能与高温钢的塑性性能具有很好的相似性。本文通过在PbSb3铅块上加工空洞并组装成一个整体的方法,制备了可以定量研究空洞演化的试件,试验研究了不同锻造方法对空洞闭合的影响,并采用精密的光学投影仪对空洞体积进行测量,试验结果和数值模拟结果吻合较好,验证了本文建立的大锻件内部空洞演化模型与仿真方法的有效性和准确性。利用本文建立的空洞演化仿真平台,分析了1000MW低压转子现行的锻造工艺,在对现行工艺进行定量评估的基础上,建议了新的锻造工艺。研究表明,基于空洞演化仿真平台,通过CAE分析和优化,可以为大锻件设计最优的锻造方法,安排更经济的成形工艺,获得更好的成形质量。
刘玉明[8]2014年在《锻轧过程中孔洞型铸造缺陷焊合规律研究》文中研究说明大截面连铸圆坯以其独特的优势在石油天然气、化工、铁路等重要行业中有大量的需求。近些年随着行业的发展，市场对大截面连铸圆坯产品的规格和质量提出了更严格要求。然而随着连铸坯尺寸增大，连铸坯内部往往存在严重的冶金缺陷，其中孔洞型缺陷是缺陷的主要形式之一，它的存在影响产品质量和探伤合格率。现有连铸技术很难避免这类缺陷产生，只能通过后续热塑性变形过程进行修复。因此十分有必要研究热变形过程中孔洞型缺陷演变规律，探索孔洞型缺陷修复条件。本文主要选取应用广泛的大截面连铸坯材料Q345D及生产镍钴电池极带用N6纯镍板坯作为研究对象，通过数值模拟和物理模拟手段对两种材料孔洞型缺陷的修复过程进行了试验探讨和理论分析。1.采用Gleeble-3500对Q345D进行热变形试验，得到该材料获得细小均匀晶粒的工艺条件：变形温度在950℃-1100℃区间范围内，道次变形量大于20%，提高较低温度区的变形量，使大变形发生在950℃-1000℃范围内。2.利用Deform-3D软件模拟了内含孔洞的连铸坯材料Q345D压缩过程，发现变形温度对孔洞闭合影响很小，孔洞闭合临界压下量为30%；还模拟了N6纯镍板坯轧制过程，发现中心位置孔洞最难闭合，得到了有利于中心孔洞闭合的工艺参数。3.通过组织观察和力学性能正交分析，发现不同工艺参数对焊合效果影响由大到小依次为：变形温度、变形量、保温温度、保温时间。孔洞缺陷焊合阶段，缺陷附近存在与基体组织衬度不同的铁素体愈合带。该材料孔洞型缺陷焊合力学性能恢复的充分条件为变形温度1050℃-1150℃、变形量大于40%。4.利用显微组织观察并借助EBSD技术，提出了N6纯镍在热加工时缺陷焊合的修复再结晶机理，发现合理的轧制工艺可以有效焊合纯镍板坯内缺陷。
李妍[9]2009年在《大锻件镦粗成形中内部空洞型缺陷的演化规律研究》文中指出大锻件作为大型成套设备的核心零件,在国民经济建设、国防装备发展中发挥着举足轻重的作用。大锻件的锻造过程研究不仅仅着眼于如何生产出满足要求、具有一定形状尺寸的锻件,更重要的是研究如何修复缺陷、改善微观组织和创造有利的力学条件使锻造过程中不出现新的裂纹或夹杂性裂纹。镦粗成形作为最基本的锻造工艺,可以锻合锻件的先天性空洞缺陷,改善材料的力学性能,从而提高锻件的内在质量及承载能力。本文通过深入分析大锻件内部空洞型缺陷在镦粗过程中的变化,得到了空洞的演化规律、影响空洞闭合的因素和提高空洞闭合效果的条件。本文的主要工作和研究成果如下:1)基于细观损伤力学的Gurson模型,对空洞的演化规律和影响空洞闭合的因素进行分析,得到材料内部空洞闭合的力学条件。2)通过对Gurson模型的本构关系及更新计算的研究,对Marc进行二次开发,将包含空洞的本构模型嵌入到Hypela子程序中,实现了空洞演化的数值模拟运算。3)通过比较包含Gurson本构模型和人工空洞模型的数值模拟结果,发现Gurson模型实现空洞闭合的条件是材料的静水应力或等效应变无穷大。由于这一条件并不符合实际情况,本文又基于正交试验设计,模拟了不同试验参数下的空洞体积变化,从而获得了修正的Gurson模型参数。修正后的Gurson模型给出的空洞体积比接近直接设置人工空洞的模拟结果。研究表明,空洞位于锻件心部时闭合最容易,其位置越接近端面越难于闭合;空洞的闭合程度随基体材料硬化程度的增高而变差。4)以铅作为模拟大锻件成形的材料并在试件上设置微小空洞,进行镦粗成形物理试验模拟,验证了空洞的闭合准则。对比发现,空洞体积变化规律与数值模拟结果基本一致。
张振华[10]2010年在《大截面模具钢锻件内部空洞缺陷的闭合研究》文中指出大型锻件作为大型成套设备的核心零件，在国民经济建设、国防装备发展和现代尖端科学技术重大装置的建设中，起着非常重要的作用。其生产能力、产品级别与性能质量水平己成为一个国家工业水平的标志。然而，钢铁冶金过程决定了大型钢锭内部不可避免地会存在空洞型缺陷,内部空洞的存在破坏了金属的连续性，容易形成应力集中与裂纹损伤，导致锻件寿命缩短甚至报废，因此对消除锻件内部空洞型缺陷的研究显得尤为重要。由于大锻件体积大、重量高、价格昂贵，直接用大锻件进行试验受到诸多限制，本文采用数值模拟与物理模拟相结合的方法，研究了锻件内部空洞闭合的规律及影响因素，并且将研究的结果运用到实际生产的工艺改进中。先对718钢圆柱体小试件（其纵轴线和横轴线上有人工加工的φ2mm的通孔）进行热压镦粗实验，中心纵孔试件其两端的孔洞直径稍有减小，中间部分孔径扩张趋势很大，而横孔试件均已闭合。通过实验得出718钢应力、应变曲线，导入到有限元模拟软件DEFORM材料库中，然后通过有限元模拟软件DEFORM对小试件镦粗过程进行数值模拟，给出了锻件内部应力、应变分布情况，对中心横孔的闭合过程为圆孔→椭圆孔→缝隙→闭合，并对纵、横孔孔洞尺寸进行测量，与实验结果对比，其最大误差不超过10%。对于大锻件内部空洞的影响因素的研究，分别从空洞位置、形状、锻件的高径比、压下率、砧宽比这几方面进行了模拟研究，得出了它们对大锻件内部空洞闭合的影响规律。对某工厂45吨718钢锻件的锻造工艺进行叁维数值模拟，得出大锻件内部空洞的演化趋势，然后运用前面的模拟结论，调整锻造工艺参数再进行数值模拟，使其内部空洞闭合。
参考文献：
[1]. 大型锻件内裂纹缺陷修复的物理模拟研究[D]. 袁朝龙. 清华大学. 2002
[2]. 大型锻件孔隙性缺陷修复的力学条件及冷却自愈合研究[D]. 高艳涛. 燕山大学. 2007
[3]. 大型锻件内裂纹愈合的理论和实验研究[D]. 孟凡莹. 燕山大学. 2011
[4]. 大型锻件锻造过程中内裂纹愈合与外裂纹预防[D]. 张军强. 河南理工大学. 2017
[5]. 塑性变形中孔隙产生、修复模型及数值模拟[D]. 阚盈. 大连理工大学. 2014
[6]. 大型锻件空洞缺陷的数值模拟研究[D]. 邱坤伦. 山东建筑大学. 2016
[7]. 大锻件锻造成形过程中内部空洞型缺陷演化规律的研究[D]. 张效迅. 上海交通大学. 2009
[8]. 锻轧过程中孔洞型铸造缺陷焊合规律研究[D]. 刘玉明. 燕山大学. 2014
[9]. 大锻件镦粗成形中内部空洞型缺陷的演化规律研究[D]. 李妍. 上海交通大学. 2009
[10]. 大截面模具钢锻件内部空洞缺陷的闭合研究[D]. 张振华. 上海工程技术大学. 2010
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