大型水轮机主轴锻造过程裂纹缺陷的预防

针对大型水轮机主轴内法兰锻件锻造过程的裂纹缺陷,采用热力学实验方法,研究了其主要用钢20SiMn的高温力学性能.结果表明,提高变形温度和降低变形速率有利于避免该材料内部裂纹萌生.根据Cockcroft & Latham延性断裂准则,计算得到了20SiMn钢的延性断裂破坏因子为30.0.利用Deform 3D软件,对大型水轮机主轴内法兰锻造过程进行了数值模拟,预测了该类锻件在空心镦粗过程中裂纹产生的趋势和区域,并提出将单砧压下量控制在8%以内和将镦粗变形量控制在45%的局部空心镦粗优化锻造工艺方案.     

内裂纹高温修复组织演化过程分析

针对大型锻件在生产过程中常因裂纹等孔隙性缺陷探伤超标导致改锻甚至判废的问题,采用辐射加热方式研究了低碳钢内部裂纹高温修复及组织演变过程。结果表明:温度为900℃时,裂纹附近富集析出铁素体,裂纹修复以原子的扩散迁移为主;1 000℃时,裂纹附近发生再结晶,裂纹间隙被大量细小的等轴铁素体晶粒所填充,1 200℃时,等轴的铁素体晶粒长大为链状,并有晶粒跨过原裂纹区长大,形成共有晶粒;温度高于1 000℃时,裂纹修复以再结晶和晶粒长大为主,再结晶的发生实现了裂纹的快速愈合。裂纹修复过程可分为4个阶段:裂纹面局部凸起的形成与接触,凸起的长大及裂纹的分段离散化,分段裂纹的球形化及孔洞的形成,孔洞的缩小及裂纹区的消失。该研究结果对揭示高温裂纹修复机理和演化过程具有重要意义,为大型锻件缺陷探伤标准的制定及质量控制提供参考依据。     

大型锻件坯料内裂纹愈合的物理模拟

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.     

重型燃机叶片锻造过程数值模拟与工艺优化

高温锻造过程中,坯料内的温度场、应变场等热力参数对锻件内的裂纹损伤和微观组织有重要影响. 利用刚粘塑性有限元法,对某重型燃机叶片的锻造过程进行了有限元数值模拟,得到了锻造过程中锻件内温度场、应变场以及锻造载荷随时间的变化规律,并在此基础上结合裂纹损伤和修复机制以及再结晶组织演化规律,提出了一种优化的锻造工艺方案. 即在终锻尺寸上公差基础上欠压4 mm进行预锻,预锻温度1 160 ℃,终锻温度1 120 ℃. 实际锻造工艺试验验证了工艺方案的可行性,为该工艺的工程应用奠定了科学基础.     

大型锻件夹杂性缺陷的形成及控制锻造工艺

为合理控制实际生产中大型锻件内部缺陷的变化过程 ,使其各项性能满足检验标准 ,采用物理模拟技术研究了饼、块类锻件较为严重的夹杂性缺陷在塑性成形中的变化规律 ,系统分析了其形成过程及影响要素 ,据此论述了有效控制夹杂性缺陷的锻造方法 ,并将其初步用于实际生产 ,改善了产品内在质量 ,取得了满意效果。研究表明 :造成探伤超标的塑性夹杂性裂纹伴生于孔隙性缺陷闭合的大变形过程中 ,通过控制锻造工艺获得满足产品使用要求的优质锻件是塑性加工学科的重要发展方向     

台阶芯棒(一种锻造工装)锻造成形的工艺参数优化

大型锻件锻造的主要目的是在获得所需锻件形状的基础上,破碎铸态缺陷、压实疏松、获得良好的纤维组织和良好的力学性能.锻造工装的工艺参数优化对锻造成形件的组织产生至关重要的影响.     

材料内部裂纹自修复中组织生长机制

为探索高温塑性变形过程中裂纹修复规律 ,采用高温物理模拟方法研究了 2 0 Mn Mo材料内部孔隙性裂纹的自修复过程。实验中发现在裂纹修复过程中普遍存在着缺陷自由面上组织生长现象 ,该现象解释了自修复消除孔隙的原因 ,证实了裂纹修复的再结晶机制。研究结果对揭示裂纹演化和修复机理具有重要意义 ,在实际生产中能够作为修复裂纹的指导原则。该成果对于控制塑性加工中缺陷的变化过程具有重要的理论意义和实用价值     

大型锻件内部孔洞缺陷闭合过程的理论探讨

利用损伤细观力学的Gurson模型从理论上对大型锻件内部孔洞缺陷的闭合规律进行了探讨,导出了锻造过程中孔隙度变化的运动学方程,分析了影响孔洞闭合的参数,并进行了实验验证。     

高温锻造中ASME SA508-3钢的动态软化

大型锻件高温锻造是核反应堆压力容器中重要的热加工工艺,优化的锻造工艺不仅可以满足合格的产品外形尺寸,而且可以获得优良的微观组织性能。采用热力模拟手段研究了核电用钢ＡＳＭＥＳＡ５０８－３的动态软化微观机制与高温锻造热力参数之间的关系,得到了该钢种在不同变形条件下的真应力应变关系、动态再结晶临界应变值、动态再结晶晶粒尺寸与Ｚｅｎｅｒ－Ｈｏｌｏｍｏｎ参数之间的关系。探讨了Ｚ参数的唯一性及在锻造过程中动态再结晶的应用范围,为核电锻件微观组织性能控制锻造提供了必要的力学、物理、材料关系。     

30MN双柱下拉式快锻机组简介及摔圆模模架设计与应用

大型轴类锻件是重型设备中的关键部件,其中锻造液压机、全液压操作机等锻造设备经计算机控制后组成的锻造系统以及应用合理的自由锻造工艺为获得性能优良的锻件毛坯提供了保证,在此对30MN双柱下拉式快锻机组作了简介。合理使用摔圆模对锻件精整,有益于提高大型轴类锻件的表面质量、降低大型轴类锻件的机械加工量。当锻造车间轴类产品发生改变时,只制造上模和下模并与现有的模架装配即能满足锻造使用要求,这有利于降低模具的制造成本和使用成本,同时提高车间对锻件生产快速响应的要求。     

Effect of gradient temperature rolling process on promoting crack healing in Q500 heavy plates

To ensure the quality of heavy plate products as determined by ultrasonic inspection, it is necessary to effectively control defects such as cracks and shrinkage cavities in heavy plates. Generally, some defects such as large size cracks exist due to insufficient deformation in the center of traditionally rolled plates. Compared with the traditional rolling process, gradient temperature rolling(GTR) process can effectively increase deformation inside heavy plates. In this study, the effect of GTR on crack healing was analyzed through a comparison experiment with the uniform temperature rolling(UTR). The results show that the GTR process could increase the plastic strain inside the heavy plate and effectively promote the healing process of the preset cracks. The degrees of crack healing at the center and quarter thickness position of the steel plate via GTR were greater than twice those of the plate via UTR. The GTR process can significantly reduce the internal defects of heavy plates and improve the defect detection level of heavy plate products. Also, The GTR process results in the formation of new crystal grains in the crack region, which is crucial to crack healing.     

大型锻件微孔隙氢压场研究

根据气体状态方程建立了微孔隙氢浓度计算公式,结合原有微孔隙氢压强度计算公式,建立了钢中微孔隙氢压强度综合计算模型。通过分析锻件内的微孔隙的物理性质和变形特征,将微孔隙分布视为多孔可压缩材料,利用多孔可压缩材料的刚塑性有限元法,建立了Cr5材料锻件内部微孔隙锻造压实与微孔隙氢压强度的非线性有限元模型。通过数值模拟,研究了上下V型砧锻造工艺下,压下量对相对密度和微孔隙氢压强度的影响。分析结果表明,随着压下量的增大,锻件内部相对密度随之增大,相对密度对微孔隙氢压强度的影响有一个阈值效应,通过控制锻件压下量可以有效地控制锻件内部的微孔隙氢压强度的大小。     

大型锻件凹型角度砧拔长工艺

随着大型核电低压转子锻件尺寸和重量的增加,低压转子锻件锻透成为锻造过程的突出难题。该文通过改变砧形,采用凹型角度砧拔长的工艺来增加心部压实效果,并通过数值模拟和物理模拟相结合的方法对其应力应变的分布进行了研究。模拟结果表明:采用凹型角度砧拔长,增加了心部变形效果,改善了心部的应力状态,有利于心部压实和缺陷锻合;采用6°的凹型角度砧比平砧可以得到更好的应力应变状态。建议在大型锻件主拔长的前几趟次采用凹型角度砧拔长工艺。     

基于结构光的大锻件尺寸测量中光条纹中心线提取方法

大型锻件温度高,测量条件恶劣、误差较大,精确的尺寸测量可有效减少加工余量并提高材料的利用率.以高温锻件图像采集方法为基础,双目视觉结合结构光法可用于大型锻件尺寸在线测量.为消除干扰光线对在线测量锻件尺寸的影响,提出通过对单幅锻件结构光图像处理提取结构光条纹中心线的方法.该方法利用结构光条纹在截面上近似高斯分布的特点,首先根据设定阈值在行方向上搜索,并确定结构光条纹及干扰光线的起始位置;其后从起始位置开始沿光条纹在设定范围内搜索,并判断光条纹截面是否近似符合高斯分布以去除干扰光线;最后以结构光条纹起始位置为起点上下搜索,并计算结构光条纹的亚像素中心.实验结果表明:该方法具有计算简单、实现快速、稳定性好的特点,可用于大型锻件尺寸测量中结构光条纹中心线的提取.     

7075铝合金锻件表面气泡分析

铝合金制品表面缺陷是造成制品报废的主要原因之一。采用光学显微镜（optical microscopy,OM）、扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)、能谱仪（energy disperse spectroscopy,EDS）等检测设备,对7075铝合金挤压棒材经锻造热处理形成的气泡缺陷进行研究。研究结果表明：7075铝合金锻件表面气泡是表皮分层气泡,而非表面夹杂气泡;由于基材加工过程中存在空腔、分层或裂缝,热处理后的冷却过程中空腔压力增大,导致结合薄弱的晶界形成破坏性裂纹,最终以气泡形式表现出来;轧制、挤压、热处理过程中应注意工艺参数的合理性,适当控制生产工艺与热处理温度,有利于减少或消除表皮分层气泡。     

轧件内部裂纹的模拟实验方法与愈合行为

提出一种预置轧件内部裂纹的模拟实验新方法,即钻孔填充法,将其用于普碳钢中厚板内部裂纹的预置,并对其愈合行为进行轧制实验研究.研究了位于轧件中心、厚度方向三分之一处等位置的裂纹愈合情况.实验结果表明,压下率达到50%以上、开轧温度在1100℃时,内部裂纹可完全愈合;且位于轧件厚向中心位置裂纹的愈合程度好于其他位置,采用缓冷方式时裂纹的愈合程度好于空冷.对轧制过程中裂纹愈合的机理进行了分析,认为在轧制变形条件下,压应力状态为裂纹愈合提供了静力学条件,塑性变形过程中大量原子的定向运动,为裂纹愈合提供了物质补给条件,裂纹两侧的金属原子更容易找到新的平衡位置,形成统一的晶格点阵,从而实现裂纹愈合.     

无机非金属胶凝调堵封窜材料研究与实验

无机非金属高温调堵材料是专门为稠油热采的高温调堵作业而研制的新材料.它是采用特殊矿物,按预均化湿法生产工艺,经磨细加工而制成的一种气-水两硬性无机胶凝材料.在没有活化剂存在和常温常压条件下,即使经过长时间的水浸,无机非金属材料也不会凝胶和固化.可以通过温度和活化剂控制无机非金属高温调堵材料水化活性的激发及稠化、硬化速度以及硬化后的强度.     

连铸板坯凝固过程的应变分析

通过建立连铸板坯凝固过程的传热模型和采用实测温度数据进行检验,获得了铸坯温度及坯壳厚度的数据.在此基础上建立了凝固过程的应变分析模型,得到了实际工况条件下坯壳所受的拉应变.结果表明,在正常工况下,连铸坯凝固前沿所受的应变很小,铸坯不会产生内部裂纹;当导辊开口度的偏差大于2mm时,其引起的应变大于鼓肚应变,且凝固前沿所受的应变大于临界应变,内部裂纹发生的可能性很大.支撑辊对中精度是产生内部裂纹的重要影响因素.