工程科学学报，第39卷，第11期：1674-1683,2017年11月 Chinese Journal of Engineering,Vol.39,No.11:1674-1683,November 2017 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2017.11.010:http://journals..ustb.edu.cn 大型锻件坯料内裂纹愈合的物理模拟 米国发”，张军强2》，徐斌23》四，孙明月2》 1)河南理工大学材料科学与工程学院，焦作4540002)中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室，沈阳110016 3)中国科学院金属研究所核用材料与安全评价重点实验室，沈阳110016 ☒通信作者，E-mail:bxu@imr.ac.cn 摘要针对锻造过程中钢锭内部裂纹缺陷的愈合情况进行研究，设计了裂纹愈合的实验室模拟实验与工业级模拟实验 通过在Gl©ble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.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 裂纹愈合的工业级模拟实验.结果表明在1200℃，变形量为40%时，可以有效焊合锻件内部裂纹 关键词大型锻件：内裂纹：愈合：变形：变形温度 分类号TG142.11:TG142.15 Physical simulation of internal crack healing in a heavy-forged billet MI Guofa,ZHANG Jun-qiang,XU Bin,SUN Ming-yue) 1)School of Material Science and Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454000,China 2)Shenyang National Laboratory for Materials Science,Institute of Metal Research,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,China 3)Key Laboratory of Nuclear Materials and Safety Assessment,Institute of Metal Research,Chinese Academy of Sciences,Shenyang 110016,China Corresponding author,E-mail:bxu@imr.ac.cn ABSTRACT The healing behavior of internal cracks in an ingot during the forging process was investigated using laboratory and in- dustrial simulation studies.During the laboratory experiment,specimens with artificial cracks were hot compressed by a Gleeble simu- lator,and the effect of temperature and deformation ratio on inner crack healing was studied.The experimental result shows that the higher the deformation temperature or greater the deformation,the better the healing effect.To verify the accuracy and applicability of the result in an actual forging process,an industrial experiment was designed and performed.The result shows that internal cracks can be effectively metallurgically bonded at a temperature of 1200C and deformation ratio of 40%. KEY WORDS heavy forging:internal cracks:healing:deformation:deformation temperature 大型锻件是大型成套设备的核心零部件，在国民 件差、安全可靠性要求高等特点，质量要求极为严格，必须 经济建设、国防装备发展和现代尖端科学技术重大工 通过锻造加工成形，以改善组织，修复缺陷，提高性能，满 程的建设中，起着非常重要的作用，被广泛应用于电 足零件服役的强度要求和工作环境的特殊要求 力、治金、造船、石油化工、核能、航空航天和国防军工 大型钢锭的凝固过程决定了材料内部不可避免地 领域0.大锻件一般重达几吨至几百吨，典型的大锻 会存在各种缺陷，内部空洞及中心缺陷是大锻件缺陷 件有水轮机大轴、发电机转子、核反应堆壳体、轧辊、大 的重要形式.内部空洞的存在破坏了金属的连续性， 型曲轴和齿轮等，这些关键零部件具有载荷大、工作条 容易形成应力集中与裂纹损伤，导致锻件寿命缩短以 收稿日期：201703-20 基金项目：国家自然科学基金-辽宁联合基金资助项目(U1508215):国家重点研发计划资助项目(2016YB0300401):辽宁百千万人才工程项 目【2015】12资助项目工程科学学报，第 39 卷，第 11 期: 1674--1683，2017 年 11 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 39，No． 11: 1674--1683，November 2017 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2017． 11． 010; http: / /journals． ustb． edu． cn 大型锻件坯料内裂纹愈合的物理模拟 米国发1) ，张军强1，2) ，徐 斌2，3) ，孙明月2，3) 1) 河南理工大学材料科学与工程学院，焦作 454000 2) 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家( 联合) 实验室，沈阳 110016 3) 中国科学院金属研究所核用材料与安全评价重点实验室，沈阳 110016  通信作者，E-mail: bxu@ imr． ac． cn 摘 要 针对锻造过程中钢锭内部裂纹缺陷的愈合情况进行研究，设计了裂纹愈合的实验室模拟实验与工业级模拟实验． 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． 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 裂纹愈合的工业级模拟实验． 结果表明在 1200 ℃，变形量为 40% 时，可以有效焊合锻件内部裂纹． 关键词 大型锻件; 内裂纹; 愈合; 变形; 变形温度 分类号 TG142. 1 + 1; TG142. 1 + 5 Physical simulation of internal crack healing in a heavy-forged billet MI Guo-fa1) ，ZHANG Jun-qiang1，2) ，XU Bin2，3)  ，SUN Ming-yue2，3) 1) School of Material Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000，China 2) Shenyang National Laboratory for Materials Science，Institute of Metal Ｒesearch，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110016，China 3) Key Laboratory of Nuclear Materials and Safety Assessment，Institute of Metal Ｒesearch，Chinese Academy of Sciences，Shenyang 110016，China  Corresponding author，E-mail: bxu@ imr． ac． cn ABSTＲACT The healing behavior of internal cracks in an ingot during the forging process was investigated using laboratory and in￾dustrial simulation studies． During the laboratory experiment，specimens with artificial cracks were hot compressed by a Gleeble simu￾lator，and the effect of temperature and deformation ratio on inner crack healing was studied． The experimental result shows that the higher the deformation temperature or greater the deformation，the better the healing effect． To verify the accuracy and applicability of the result in an actual forging process，an industrial experiment was designed and performed． The result shows that internal cracks can be effectively metallurgically bonded at a temperature of 1200 ℃ and deformation ratio of 40% ． KEY WOＲDS heavy forging; internal cracks; healing; deformation; deformation temperature 收稿日期: 2017--03--20 基金项目: 国家自然科学基金--辽宁联合基金资助项目( U1508215) ; 国家重点研发计划资助项目( 2016YFB0300401) ; 辽宁百千万人才工程项 目【2015】12 资助项目 大型锻件是大型成套设备的核心零部件，在国民 经济建设、国防装备发展和现代尖端科学技术重大工 程的建设中，起着非常重要的作用，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［1］． 大锻件一般重达几吨至几百吨，典型的大锻 件有水轮机大轴、发电机转子、核反应堆壳体、轧辊、大 型曲轴和齿轮等，这些关键零部件具有载荷大、工作条 件差、安全可靠性要求高等特点，质量要求极为严格，必须 通过锻造加工成形，以改善组织，修复缺陷，提高性能，满 足零件服役的强度要求和工作环境的特殊要求［2--5］． 大型钢锭的凝固过程决定了材料内部不可避免地 会存在各种缺陷，内部空洞及中心缺陷是大锻件缺陷 的重要形式． 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