大型锻件镦粗侧表面开裂研究

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现代金属加工工业的迅速发展，要求重型机械制造业提供优质大锻件。大锻件是由钢锭锻造而成。钢锭不可避免的存在偏析、疏松、微裂纹等组织缺陷。钢锭越大，缺陷越严重。为了获得优质锻件，必须通过锻造消除这些缺陷。镦粗是大锻件制造工艺中极为重要的工序，其主要目的是增大锻比，压合内部空洞缺陷，提高材料性能。镦粗过程中，由于存在摩擦，难变形区内晶粒粗大、心部拉应力产生缺陷、变形不均匀导致侧表面开裂。其中侧表面的开裂是最普遍的，往往导致大锻件的报废。 金属塑性变形过程中裂纹的产生、发展最终导致宏观断裂的现象是受金属组织结构、应力状态、变形速率等许多因素影响的复杂过程，但最终原因还是由于金属内部夹杂物和第二相质点等缺陷在界面处分离形成空穴。空穴在一定外界条件下扩张，继而发生聚合或连接，最终形成宏观裂纹。 从塑性材料裂纹出现的内部机理出发，将临界空穴扩张比理论应用于实际镦粗工艺中，解决了镦粗工艺中侧表面开裂的判定问题。裂纹的形核与扩张是由于不均匀变形而诱发的，为描述镦粗过程中的变形不均，定义了镦粗鼓形系数，通过数值模拟分析，得到了鼓形系数在镦粗过程中与周向应力与轴向应力之间的关系，最终确立了鼓形系数与表征材料应力状态的应力三轴度之间的一一对应关系。通过建立鼓形系数与应力三轴度之间的对应关系，简化了变形过程中求解空穴扩张比的过程，使在实际生产过程中应用临界空穴扩张比理论对镦粗侧表面开裂的判定成为可能。