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超大型钢锭锻造过程数值模拟及内部缺陷演变规律研究
摘要：
超大型钢锭锻造过程是一种复杂的非稳态过程，对该过程进行数值模拟研究能够深入了解其内部演变情况及存在的缺陷形成机理，对提升生产工艺、提高产品质量具有重要意义。本文以一实际钢锭为例，在ANSYS软件平台上进行了有限元数值模拟，模拟结果表明钢锭在锻造过程中存在压力和温度的高度集中，容易导致内部缺陷的产生与扩展，研究了缺陷演变规律及其对锻件强度性能的影响，为优化工艺提供了一定的依据。
关键词：超大型钢锭、锻造、数值模拟、内部缺陷、强度性能
1.引言
钢锭是钢铁行业的重要原材料，其质量直接关系到钢铁制品的质量与性能。随着经济的发展和市场需求的增加，超大型钢锭的需求量逐年增加。超大型钢锭锻造是制造高品质钢锭的重要生产工艺，其质量控制对钢铁制品的质量及性能起着至关重要的作用。因此，深入了解超大型钢锭锻造过程及其缺陷演变规律，对提升产品质量、降低成本、提高生产效率具有重要意义。
2.数值模拟方法
本文选取一实际超大型钢锭为研究对象，利用ANSYS软件平台建立相关模型，采用有限元数值模拟方法，对钢锭锻造过程进行模拟。首先，根据实际钢锭的几何形状参数进行建模和网格划分，在设定合理的材料本构模型和边界条件的基础上，对锻造过程中钢锭的温度场和应力场进行模拟计算。采用ALE方法对流固耦合问题进行求解。
3.模拟结果分析
钢锭在锻造过程中存在较高的压力和温度集中现象，容易导致内部缺陷的形成和扩展。通过对模拟结果的分析可知，缺陷主要集中在钢锭的中心位置，并随着锻造过程逐渐扩展。缺陷形成主要是由于锻造时钢锭内部温度和应力的不均匀分布所造成的。同时，锻造过程中的脱氧化等工艺措施也会对缺陷形成起到一定的影响。
4.缺陷演变规律研究
通过数值模拟和实验数据的对比，发现缺陷随着锻造次数的增加而逐渐扩展。缺陷的形态主要分为开裂和孔洞两种类型，并随着锻造过程的深入逐渐增加。缺陷的尺寸和形态对钢锭强度性能的影响较大，当缺陷尺寸超过一定范围时，会对钢锭的外观质量和力学性能产生致命的影响。
5.总结
本文通过对超大型钢锭锻造过程进行数值模拟和缺陷演变规律研究，得出了以下结论：锻造过程中存在压力和温度的高度集中现象，会导致内部缺陷的形成和扩展；缺陷主要集中在钢锭中心位置，并随着锻造次数逐渐增加；缺陷尺寸和形态对钢锭强度性能的影响较大。本文的研究结果为优化工艺提供了一定的依据，对提高产品质量和降低成本具有一定的参考价值。