·1682 工程科学学报，第39卷，第11期 00 (cl 图13工业级裂纹愈合试样界面微观组织.(a)界面边缘：(b)界面四分之一处：(c)界面中心 Fig.13 Interface microstructure of the industrial-grade crack-healing experiment specimen:(a)interface margin:(b)interface quarter:(c)inter- face center 出，界面各个位置的金相组织类型相同，且组织分布均 体扩散作用下逐渐被消除 匀，晶粒的大小亦无明显差别.个别地方存在小晶粒， 可能只是某个大晶粒的一部分.从晶粒的外形轮廓也 3结论 可以判断小晶粒是哪种类型的晶粒。一般情况下，如 (I)通过在Gleeble热压缩实验的试样中预制裂 果是未被大晶粒完全吞并的小晶粒，则其晶界是向内 纹的方法，模拟了大型锻件内部的裂纹缺陷.变形温 弓的晶界，而如果看到的小晶粒是某个大晶粒的一部 度越高，压缩变形量越大越有利于内部裂纹的愈合，最 分，其晶界就是一个向外弓的饱满晶界.从图中可以 终确定为最佳变形温度1200℃，变形量40%的锻造工 看出，小晶粒的晶界均是饱满的，没有内弓晶界.可以 艺来消除锻件内部的裂纹缺陷. 说明，工业级裂纹愈合实验件的界面再结晶过程比较 (2)工业级裂纹愈合实验件的探伤结果显示，锻 充分，位于界面位置的小晶粒已被其相邻的大晶粒充 造变形后的试样内部没有裂纹缺陷，宏观和微观组织 分吞并.以上结果可以表明：钢板界面已经实现了良 表征结果中没有发现界面特征，说明预制在试样内部 好的冶金结合，锻造实验前预制在试样内部的裂纹缺 的裂纹已实现治金结合. 陷已被消除. 综合分析Gleeble实验和工业级裂纹愈合实验的 参考文献 结果可以发现，试样内部的预制裂纹缺陷的愈合过程 [1]Sun M Y,Lu S P,Li D Z,et al.Three-dimensional finite ele- 为：初始状态时金属界面机械接触，金属界面间是较大 ment method simulation and optimization of shrink fitting process 的凹凸不平的锯齿状孔洞或较大的缝隙.变形开始 for a large marine crankshaft.Mater Des,2010,31 (9):4155 后，界面孔洞开始随着塑性变形而变化，界面空隙也由 2] Erve M,Papouschek F,Fischer K,et al.State of the art in the 大变小，或者直接闭合，界面形成许多不连续的网孔 manufacture of heavy forgings for reactor components in the Federal Republic of Germany.Nucl Eng Des,1988,108(3):485 状：随着变形的继续，由于金属内部的原子扩散运动加 B]Kawaguchi S,Tsukada H,Suzuki K,et al.Application of 20 Mn- 剧，从而产生晶界迁移和晶界原子向孔洞扩散.随着 MoNi 5 5 steel with lowered Si content to heavy thick steam gener- 晶界的迁移，界面的不连续的孔洞开始收缩，孔洞形状 ator tube sheet forgings.Nucl Eng Des,1985,87:249 由多边形逐渐变为椭圆形、圆形.收缩的孔洞在原子 4]Maidorn C,Blind D.Solidification and segregation in heavy forg-工程科学学报，第 39 卷，第 11 期 图 13 工业级裂纹愈合试样界面微观组织． ( a) 界面边缘; ( b) 界面四分之一处; ( c) 界面中心 Fig． 13 Interface microstructure of the industrial-grade crack-healing experiment specimen: ( a) interface margin; ( b) interface quarter; ( c) inter￾face center 出，界面各个位置的金相组织类型相同，且组织分布均 匀，晶粒的大小亦无明显差别． 个别地方存在小晶粒， 可能只是某个大晶粒的一部分． 从晶粒的外形轮廓也 可以判断小晶粒是哪种类型的晶粒． 一般情况下，如 果是未被大晶粒完全吞并的小晶粒，则其晶界是向内 弓的晶界，而如果看到的小晶粒是某个大晶粒的一部 分，其晶界就是一个向外弓的饱满晶界． 从图中可以 看出，小晶粒的晶界均是饱满的，没有内弓晶界． 可以 说明，工业级裂纹愈合实验件的界面再结晶过程比较 充分，位于界面位置的小晶粒已被其相邻的大晶粒充 分吞并． 以上结果可以表明: 钢板界面已经实现了良 好的冶金结合，锻造实验前预制在试样内部的裂纹缺 陷已被消除． 综合分析 Gleeble 实验和工业级裂纹愈合实验的 结果可以发现，试样内部的预制裂纹缺陷的愈合过程 为: 初始状态时金属界面机械接触，金属界面间是较大 的凹凸不平的锯齿状孔洞或较大的缝隙． 变形开始 后，界面孔洞开始随着塑性变形而变化，界面空隙也由 大变小，或者直接闭合，界面形成许多不连续的网孔 状; 随着变形的继续，由于金属内部的原子扩散运动加 剧，从而产生晶界迁移和晶界原子向孔洞扩散． 随着 晶界的迁移，界面的不连续的孔洞开始收缩，孔洞形状 由多边形逐渐变为椭圆形、圆形． 收缩的孔洞在原子 体扩散作用下逐渐被消除． 3 结论 ( 1) 通过在 Gleeble 热压缩实验的试样中预制裂 纹的方法，模拟了大型锻件内部的裂纹缺陷． 变形温 度越高，压缩变形量越大越有利于内部裂纹的愈合，最 终确定为最佳变形温度 1200 ℃，变形量 40% 的锻造工 艺来消除锻件内部的裂纹缺陷． ( 2) 工业级裂纹愈合实验件的探伤结果显示，锻 造变形后的试样内部没有裂纹缺陷，宏观和微观组织 表征结果中没有发现界面特征，说明预制在试样内部 的裂纹已实现冶金结合． 参 考 文 献 ［1］ Sun M Y，Lu S P，Li D Z，et al． Three-dimensional finite ele￾ment method simulation and optimization of shrink fitting process for a large marine crankshaft． Mater Des，2010，31( 9) : 4155 ［2］ Erve M，Papouschek F，Fischer K，et al． State of the art in the manufacture of heavy forgings for reactor components in the Federal Ｒepublic of Germany． Nucl Eng Des，1988，108( 3) : 485 ［3］ Kawaguchi S，Tsukada H，Suzuki K，et al． Application of 20 Mn￾MoNi 5 5 steel with lowered Si content to heavy thick steam gener￾ator tube sheet forgings． Nucl Eng Des，1985，87: 249 ［4］ Maidorn C，Blind D． Solidification and segregation in heavy forg- · 2861 ·