大尺度轴类零件连续纵轧成形技术基础研究

大尺度轴类零件多道次连续纵轧成形是近年来发展的一项节能新技术，它以连铸坯为原料，采用纵轧孔型系统直接生产大尺度轴类零件，具有高效、节能等优点。本课题针对铸坯件高温成形尺度效应、宏微观变形和材料组织性能等影响产品质量的关键因素开展理论与实验研究。考虑连铸坯心部疏松、缩孔、偏析等缺陷，采用非均质材料模型，建立基于大型刀片服务器并行架构下的热-力-微观组织-铸坯缺陷多场耦合数值分析系统模型，研究在负张力条件下，半封闭孔型内金属的变形机制，确定各参量对工件形变分布、热塑性断裂、心部压实、组织演变的影响规律，得出有限压缩比条件下高效稳定轧制的孔型系统和工艺条件，实现工艺优化和产品质量控制。结合数值模拟，在实验轧机上开展孔型轧制实验，分析形变规律及工艺参数与产品组织性能之间的关系，同时验证理论计算模型。本项研究对推动传统纵轧技术在大尺度轴类零件生产中的应用，实现环保节能，具有十分重要的理论与实际意义。

本课题围绕大尺度轴类件多道次连续纵轧成形技术基础，开展物理模拟与数值仿真研究，完成了课题任务书规定的各项内容，取得的主要成果如下：. （1）弄清了42CrMoA合金钢高温奥氏体热变形和冷却相变行为，建立了材料本构模型、微观组织演变模型和轧后冷却相变动力学模型；. （2）自主开发了一套大尺度圆钢连轧孔型设计与工艺模拟仿真系统，并获得软件著作权登记；. （3）引入晶粒尺寸不均匀因子作为量化指标，通过数值模拟分析，揭示了轧制工艺参数对轧件内部晶粒尺寸及径向组织均匀性的影响规律，提出了促进细化晶粒和均化组织的低温大压下量轧制工艺；. （4）研究了机架间张力调节对轧制变形区内金属应力状态的影响，弄清了张力大小、张应力方向对大尺度圆钢芯部疏松缺陷致密压实的影响规律，揭示了大棒材芯部疏松缺陷致密压实机理，提出了改善疏松缺陷压实效果的微负张力轧制技术；. （5）揭示了大尺度圆钢内部孔洞缺陷在平-立交错连轧孔型轧制过程中的三维闭合形态演变及其对周围基体的影响规律，引入孔洞三维尺寸和体积变化作为描述孔洞闭合程度的量化指标，定量研究了孔洞闭合的轧制工艺条件；. （6）提出了大尺度圆钢轧后冷却过程中的尺寸效应，对大尺度圆钢轧后缓冷工艺进行了优化，解决了组织性能控制与残余应力问题。. 项目执行期间，课题负责人到美国密苏里大学进行访问学者合作研究3个月，课题组成员参加国内学术会议7人次，发表了标注基金资助的论文18篇，培养研究生5人，其中有4人已经获得硕士学位，相关成果申报国家发明专利5项、实用新型专利1项、软件著作权登记1项。