米国发等：大型锻件坯料内裂纹愈合的物理模拟 ·1677· (b) 100 图5不同变形温度下Gleeble试样界面中心位置微观组织（原始界面为竖直方向）.(a)1000℃：(b)1100℃：(c)1200℃ Fig.5 Microstructure of the interface at the center of the Gleeble specimen under different deformation temperatures (the original interface is verti- cal):(a)1000℃：(b)1100℃：(c)1200℃ 表明，此处界面已通过原子扩散而焊合.在1200℃变 的差异是其界面愈合程度不同的主要原因 形试样界面的四分之一处没有观察到界面特征，晶粒 根据以上分析结果可知，变形温度越高，试样内部 大小与基体的晶粒大小基本相同，个别地方存在小晶 界面愈合效果越好，在锻造过程中，越有利于锻件内部 粒.说明变形温度越高，对于消除锻件内部裂纹缺陷 裂纹缺陷的愈合， 的作用越大，裂纹消除率越高. 1.2.2变形量对内裂纹愈合的影响 针对Gleeble试样界面中心与界面四分之一处结 根据变形温度对内部裂纹愈合的影响，设计了在 合情况的差异，对试样剖面的应力应变状态进行了分 1200℃下的不同变形量的实验，研究变形量对内部裂 析.图7所示是方形坯料压缩40%后相同剖面上应力 纹愈合的影响. 应变分布状态.模拟中是将两个10mm×10mm×6mm 图8所示是变形温度1200℃时，不同变形量的试 的试样当作一个整体进行压缩模拟计算，试样二分之 样界面中心位置的微观组织形貌，从图中可以发现，不 一水平位置即为界面位置.由于实际的Gleeble实验 同变形量情况下，试样界面中心均没有界面特征.但 中试样是沿水平方向垂直界面压缩变形，而模拟中是 是，变形量为10%和20%时界面位置晶粒尺寸均匀性 沿高度方向垂直界面压缩变形，因此，此处所示界面与 较差.压下量为30%、40%和50%的试样界面中心部 进行试样界面是垂直关系，实际界面位置是一致的. 位没有任何界面特征，晶粒尺寸大小较为均匀，界面愈 从图7(b)中可以看出试样中心位置的应变量大于四合良好. 分之一处，图7(a)是Y轴应力的分布情况，Y轴应力 图9所示是变形温度1200℃时，不同变形量的试 与界面垂直，相当于界面正应力，应力值为负，表示应 样界面四分之一处的微观组织形貌，可见变形量为 力状态为压应力状态.从图中可以看出界面中心的正 10%和20%的试样界面可观察到界面特征，界面两侧 压应力大于界面四分之一处的正压应力.Gleeble试样 存在较多的未被完全吞并的小晶粒.变形量为30% 中界面焊合实质是金属的固相连接，在相同的温度下， 时，界面特征不明显，但可在界面位置观察到未被完全 应变量越大，金属界面所受到的正压应力越大，越有利 吞并的小晶粒.变形量为40%和50%的试样界面处 于金属固相界面焊合5-.由此可见，相同变形条件 没有观察到界面特征，晶粒尺寸均匀，有个别小晶粒 下，Gleeble试样界面中心与界面四分之一处应力应变 存在.米国发等: 大型锻件坯料内裂纹愈合的物理模拟 图 5 不同变形温度下 Gleeble 试样界面中心位置微观组织( 原始界面为竖直方向) ． ( a) 1000 ℃ ; ( b) 1100 ℃ ; ( c) 1200 ℃ Fig． 5 Microstructure of the interface at the center of the Gleeble specimen under different deformation temperatures ( the original interface is verti￾cal) : ( a) 1000 ℃ ; ( b) 1100 ℃ ; ( c) 1200 ℃ 表明，此处界面已通过原子扩散而焊合． 在 1200 ℃ 变 形试样界面的四分之一处没有观察到界面特征，晶粒 大小与基体的晶粒大小基本相同，个别地方存在小晶 粒． 说明变形温度越高，对于消除锻件内部裂纹缺陷 的作用越大，裂纹消除率越高． 针对 Gleeble 试样界面中心与界面四分之一处结 合情况的差异，对试样剖面的应力应变状态进行了分 析． 图 7 所示是方形坯料压缩 40% 后相同剖面上应力 应变分布状态． 模拟中是将两个 10 mm × 10 mm × 6 mm 的试样当作一个整体进行压缩模拟计算，试样二分之 一水平位置即为界面位置． 由于实际的 Gleeble 实验 中试样是沿水平方向垂直界面压缩变形，而模拟中是 沿高度方向垂直界面压缩变形，因此，此处所示界面与 进行试样界面是垂直关系，实际界面位置是一致的． 从图 7( b) 中可以看出试样中心位置的应变量大于四 分之一处，图 7( a) 是 Y 轴应力的分布情况，Y 轴应力 与界面垂直，相当于界面正应力，应力值为负，表示应 力状态为压应力状态． 从图中可以看出界面中心的正 压应力大于界面四分之一处的正压应力． Gleeble 试样 中界面焊合实质是金属的固相连接，在相同的温度下， 应变量越大，金属界面所受到的正压应力越大，越有利 于金属固相界面焊合［15--16］． 由此可见，相同变形条件 下，Gleeble 试样界面中心与界面四分之一处应力应变 的差异是其界面愈合程度不同的主要原因． 根据以上分析结果可知，变形温度越高，试样内部 界面愈合效果越好，在锻造过程中，越有利于锻件内部 裂纹缺陷的愈合． 1. 2. 2 变形量对内裂纹愈合的影响 根据变形温度对内部裂纹愈合的影响，设计了在 1200 ℃ 下的不同变形量的实验，研究变形量对内部裂 纹愈合的影响． 图 8 所示是变形温度 1200 ℃ 时，不同变形量的试 样界面中心位置的微观组织形貌，从图中可以发现，不 同变形量情况下，试样界面中心均没有界面特征． 但 是，变形量为 10% 和 20% 时界面位置晶粒尺寸均匀性 较差． 压下量为 30% 、40% 和 50% 的试样界面中心部 位没有任何界面特征，晶粒尺寸大小较为均匀，界面愈 合良好． 图 9 所示是变形温度 1200 ℃ 时，不同变形量的试 样界面四分之一处的微观组织形貌，可见变形量为 10% 和 20% 的试样界面可观察到界面特征，界面两侧 存在较多的未被完全吞并的小晶粒． 变形量为 30% 时，界面特征不明显，但可在界面位置观察到未被完全 吞并的小晶粒． 变形量为 40% 和 50% 的试样界面处 没有观察到界面特征，晶粒尺寸均匀，有个别小晶粒 存在． · 7761 ·