1 前言 

      大型鑄鍛件是國家重大技術(shù)裝備和重大工程建 設(shè)所必需的重要基礎(chǔ)部件，比如電力、鋼鐵、石化、造 船、交通、軍工、重礦機(jī)械、航空航天工業(yè)設(shè)備的生產(chǎn) 都離不開它，其制造能力和水平直接決定著重大技 術(shù)裝備的制造能力和水平。因此，大型鑄鍛件產(chǎn)業(yè)的 發(fā)展是衡量一個國家工業(yè)水平和國防實(shí)力的標(biāo)志之 一。 

      我國十分重視大型鍛件制造業(yè)的發(fā)展，雖然 40 多年來投入了大量的資金和人力使得該產(chǎn)業(yè)由小到 大，從低到高發(fā)生了重要的變化，但是到目前為止， 國產(chǎn)大型鍛件的制造能力和技術(shù)水平與國外相比還 有較大差距。所以，開展大型鑄鍛件制造關(guān)鍵技術(shù)研 究，對于提高我國重大成套裝備的制造能力有著至關(guān)重要的意義。

2 我國及國外大型鍛件的發(fā)展歷程 

2.1 國內(nèi)大型鍛件的發(fā)展

      自1953 年修復(fù)沈陽重機(jī)廠 20MN 鍛造水壓機(jī) 投產(chǎn)運(yùn)行起，我國大型鍛件行業(yè)經(jīng)歷了恢復(fù)、建設(shè)和 生產(chǎn)發(fā)展的過程。改革開放以來，我國步入了由計劃 經(jīng)濟(jì)向社會主義市場經(jīng)濟(jì)的過渡時期，大型鍛件行 業(yè)又經(jīng)歷了深化體制改革、科技攻關(guān)、技術(shù)引進(jìn)及國 產(chǎn)化、提高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益等階段。生產(chǎn)大型鍛件，就必須擁有萬噸級大型鍛壓機(jī)。

     如，由中國一重自行設(shè)計制造、擁有完全自主知識產(chǎn) 權(quán)的 150000kN 重型自由鍛造水壓機(jī)于 2006 年 12 月 30 日試車成功，是我國自 1958 年研制成功萬噸 水壓機(jī)之后又一重大裝備成果；而中信重工集團(tuán)制 造的世界上噸位最大 、 具 有 當(dāng) 代 控 制 技 術(shù) 的 185000kN 自由鍛造油壓機(jī)正在建設(shè)中，預(yù)計今年投 入使用，可提供最大單件重量達(dá)到 350t～400t 的自 由鍛件，最大直徑達(dá) 達(dá)5000mm。它們將為生產(chǎn)大型 鍛件提供重要的硬件條件。 

     目前，在火電方面，我國已能夠生產(chǎn) 300MW、 600MW、800MW 火電機(jī)組高、中、低壓汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、 葉輪、葉片、發(fā)電機(jī)主軸、護(hù)環(huán)，火電大鍛件制造水平 的提升說明我國大型鍛件的生產(chǎn)取得了標(biāo)志性的成 果。在水電方面，將由我國自己制造約有 30 臺 700MW 水力發(fā)電機(jī)組大鍛件，這說明我國水電鍛件 的制造技術(shù)已接近世界先進(jìn)水平。而在核電方面， 去年年初，中國一重成功鍛造出世界首件第三代核 電關(guān)鍵部件——AP1000 蒸發(fā)器錐形筒體，標(biāo)志中國 在第三代核電產(chǎn)品制造領(lǐng)域已走在了世界前沿。 

     同時，我國已掌握了 Cr3、Cr4、Cr5 大型鍛造支 承輥、半鋼軋輥等系列的軋輥產(chǎn)品。已掌握近千種規(guī) 格的大型鑄鋼支承輥制造技術(shù)；還掌握了鍛焊結(jié)構(gòu) 熱壁加氫反應(yīng)器的制造技術(shù)，如中國一重制造的 2040t 煤制油加氫反應(yīng)器是現(xiàn)今世界上最大的加氫 反應(yīng)器。我國還能夠提供 7 萬噸以下遠(yuǎn)洋巨輪的全 套大鍛件，造船年產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的 5%，居世界 第三。目前，我國市場大型鍛件的需求量巨大。

      其中， 直徑2000mm～直徑2400mm 整鍛支承輥，高鉻鋼、半高速鋼 軋輥等國外大型鍛件的制造和發(fā)展仍不能滿足要 求。另外，如造船、石化、軍工、航空航天、礦山、鐵道 交通等高技術(shù)產(chǎn)品都需研究開發(fā)，因而大型鍛件生 產(chǎn)今后將進(jìn)入調(diào)整優(yōu)化為主的新發(fā)展階段。

2.2 國外大型鍛件的發(fā)展?fàn)顩r 

      20 世紀(jì)六七十年代，國外大型自由鍛件的生 產(chǎn)，通過采用新技術(shù)、新設(shè)備，進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，關(guān)閉和 新建一批液壓機(jī)，重新進(jìn)行分工，經(jīng)過努力，逐步走 向了合理。日本把大型鍛件稱為鍛鋼件，即用鋼錠生 產(chǎn)的大型鍛件，在 1974 年它就將 500t 鋼錠鍛成直 徑為1810mm 的整體轉(zhuǎn)子鍛件，日本川崎制鐵株式 會社制造了重量達(dá) 320t 的空心鋼錠，迄今為止，日 本在大型鍛件制造方面仍居世界領(lǐng)先地位。德國大 型鍛件生產(chǎn)水平在歐洲堪稱首位；美國在世界上也 有較高的水平；俄羅斯的水平接近日本；另外意大 利、英國、韓國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家在大型鍛件生產(chǎn)上都 有較高的技術(shù)水平，他們都有能力生產(chǎn)各類大型鑄 鍛件。

3 大型鍛件的鍛造工藝研究 

      為了完全消除鋼錠內(nèi)部缺陷、提高鍛件質(zhì)量，除 了應(yīng)配備足夠能力的鍛壓設(shè)備外，還需要選擇合適 的鍛造工藝。鐓粗、拔長是大型鍛件鍛造中最重要的 兩個工步。

3.1 鐓粗 

      經(jīng)典的鐓粗工藝?yán)碚撜J(rèn)為：摩擦力為零的理想 情況下，鐓粗時的應(yīng)力為簡單壓縮，而在有摩擦力存 在時，鐓粗體心部總是呈三向壓縮應(yīng)力狀態(tài)。但是大 型鍛件的生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，如果鐓粗比不夠大的話，采 用鐓粗工藝有時會使鋼錠內(nèi)部的缺陷擴(kuò)大，這種現(xiàn) 象無法用經(jīng)典的三向壓應(yīng)力理論來解釋，說明經(jīng)典 的鐓粗理論存在著某種程度的不完善性和認(rèn)識上的 誤區(qū)。1995 年，燕山大學(xué)劉助柏教授在其撰寫的專著 《塑性成形新技術(shù)及其力學(xué)原理》一書及發(fā)表的部分 文獻(xiàn)中，提出了關(guān)于圓柱體鐓粗的兩個新理論：高徑 比大于 1 的剛塑性力學(xué)模型的拉應(yīng)力理論 （如圖 1a、b） 和高徑比小于 1 的靜水應(yīng)力力學(xué)模型的剪應(yīng) 力理論（如圖 1c）。根據(jù)圓柱體鐓粗新理論，若接觸端面存在著較 大的摩擦力，鍛件心部存在著雙向拉伸應(yīng)力，或者出 現(xiàn)較大的附加徑向拉伸應(yīng)力，這樣的應(yīng)力狀態(tài)對缺 陷的鍛合是不利的。基于平板間圓柱體鐓粗新理論 的力學(xué)分析方法，劉助柏教授通過改變鐓粗時的邊 界條件，創(chuàng)造性地提出了一種錐形板鐓粗的新工藝。其實(shí)質(zhì)是：利用錐形板的幾何特征，將平板鐓粗時的 圓錐形剛性區(qū)，變?yōu)閮蓚€尺寸較小的剛性區(qū)，錐形板 的錐角使得這兩個剛性區(qū)正好能在鍛件心部產(chǎn)生三 向壓縮應(yīng)力，可對相應(yīng)部位上缺陷的鍛合起到良好的作用。

3.2 拔長 

     拔長是決定大型鍛件質(zhì)量的主要鍛造工藝。因 此，我國和世界上一些國家對型砧拔長進(jìn)行了大量 的實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)研究，認(rèn)為該法能使鋼錠心部獲得較 大的靜水壓和變形量，有利于消除中心區(qū)的空洞，增 強(qiáng)心部塑性和鍛造性[5]。因此，鍛壓工作者通過改變 邊界條件來改變應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)以獲得最佳的缺陷鍛 合條件，從上下平砧拔長發(fā)展為上平砧、下 V 型砧 拔長，后來通過改變拔長砧形和工藝條件，又發(fā)展了 FM 鍛造法、WHF 鍛造法、KD 鍛造法、SUF 鍛造法、 TER 鍛造法、JTS 鍛造法、FML 鍛造法和 AVD 鍛造 法，這些方法都己成功應(yīng)用于大型鍛件生產(chǎn)[7]。 

      進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代，在前人對拔長工藝研究 的基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)觀點(diǎn)提出了拔長新理論。該新理論 論證了要補(bǔ)充一個新的工藝參數(shù)——料寬比，這樣 才能正確描述拔長毛坯變形中心區(qū)域的應(yīng)力狀態(tài)。同時提出了要控制料寬比及砧寬比的 LZ 鍛造法， 認(rèn)為 w/h=0.8~0.9，b/h=0.85~1.18，變形體內(nèi)不會出 現(xiàn)軸向和橫向拉應(yīng)力。在 FM 法基礎(chǔ)上提出了增加 料寬比的新 FM 法（圖 2），認(rèn)為 w/h≥0.4，b/h=0.83~ 1.2，變形體內(nèi)不會出現(xiàn)雙向拉應(yīng)力。 

      2007 年，我國科技人員在分析現(xiàn)有鐓粗、拔長 變形工序中難變形區(qū)對大型鍛件鍛造過程變形分布 和應(yīng)力狀態(tài)影響的基礎(chǔ)上，提出一種新的拔長工 藝——凹面砧拔長。研究結(jié)果表明，對應(yīng)力狀態(tài)而 言，在變形量相同情況下，對 于凹面平砧鍛造 （CFAF）工 藝，靜水應(yīng)力提高近 30%；對 于凹面 V 砧鍛造（CVAF）工 藝，靜水應(yīng)力提高近 50%。對 變形而言，靜水應(yīng)力相同情 況下，CFAF 工藝減少 壓 下 量 33.5%；CVAF 減少壓下量 26.5%。與其他特殊拔長方法 比較，凹面砧拔長有操作方 便、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。鍛造工作者經(jīng)過長期的探索研究，取得了顯著 的成就，為提高大型鍛件質(zhì)量做出了很大貢獻(xiàn)。隨著 大型鍛件尺寸的增大，對鍛件質(zhì)量的要求更高。

      因 此，必須對鍛比重新認(rèn)識，對鍛造方法與技術(shù)及微觀 組織模擬與控制鍛造等問題開展研究；建立系統(tǒng)的 仿真系統(tǒng)，改善鍛造工藝，依據(jù)現(xiàn)有鍛造方法的優(yōu)缺 點(diǎn)的對比，提出合理有效的鍛造方法，來提高生產(chǎn)效 率和大型鍛件質(zhì)量。 

4 大型鍛件的缺陷產(chǎn)生和控制方法

      由于大型鍛件制造技術(shù)的特殊性和復(fù)雜性，在 鍛造過程中容易形成一些不同于中小型鍛件的各種 各樣的缺陷。所以，研究如何使大型鍛件中的缺陷壓 實(shí)鍛合，順利通過超聲波探傷，對提高大型鍛件的制 造水平和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義[9][10]。大型鍛件中的缺陷主要來自兩個方面：①冶金 缺陷：例如非金屬夾雜物、殘余縮孔、疏松、空洞等， 這些缺陷在冶煉過程或澆鑄過程中形成；②處理缺 陷：例如裂紋、白點(diǎn)（圖 3）、粗晶等，這些缺陷在鍛造 和熱處理過程中形成。

4.1 非金屬夾雜物

     非金屬夾雜物主要是指原材料帶來的硫化物、 氧化物和硅酸鹽等，這些非金屬夾雜物的含量、分布 （圖 4）與冶煉鋼錠有關(guān)，鍛造只能使其分散，而不能 減少。 

      減少夾雜物的根本途徑是在冶煉澆注過程中盡 量減少夾雜物的來源，對鋼錠中己經(jīng)形成的夾雜物應(yīng)盡量使其上浮至冒口區(qū)。變形過程中，采用滿砧送 料，大壓下量鍛造，有利于鋼錠中心夾雜物產(chǎn)生變形 而后孔隙焊合。若可能采用寬砧鍛造，形成有利于鍛 合缺陷的壓應(yīng)力狀態(tài)。選擇適當(dāng)?shù)腻懺毂?，利用合?的鍛造工藝使粗大的夾雜物減少，密集的夾雜物分 散，以減少其危害。 

4.2 殘余縮孔和疏松 

      該類孔隙性缺陷，破壞金屬連續(xù)性，形成應(yīng)力集 中與裂紋源，屬于不允許的缺陷。防止該類缺陷的 對策有：嚴(yán)格控制澆注溫度和速度，防止低溫慢速注 錠；采用發(fā)熱冒口或絕熱冒口，改善補(bǔ)縮條件使縮孔 上移至冒口區(qū)，防止縮孔深人到錠身處；控制鍛造時 鋼錠冒口切頭率，充分切凈縮松缺陷；合理的鍛壓變 形，壓實(shí)疏松缺陷。

4.3 空洞 

      空洞是大型鋼錠的主要冶金缺陷之一。鍛造過 程中空洞的尺寸形狀和體積變化與控制的研究難度 在于：①大型鍛件內(nèi)部空洞的尺寸與其本身的尺寸相 差極為懸殊，難于采用數(shù)值計算方法和已有的塑性 力學(xué)分析方法。②大型鍛件的尺寸形狀各異，難以得到對生產(chǎn) 具有廣泛指導(dǎo)意義的結(jié)果。文獻(xiàn)針對鋼錠內(nèi)部空洞缺陷的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小 于本身尺寸的特點(diǎn)，依據(jù)圣維南原理，將各種空洞缺 陷的形狀假設(shè)為數(shù)學(xué)上可處理的橢球形。由于大型 鍛件的鍛造是在高溫下進(jìn)行的，材料具有粘性流動 的特征，再利用損傷力學(xué)中的遠(yuǎn)場應(yīng)力與物體內(nèi)部 微觀損傷的力學(xué)關(guān)系，得到了鍛造過程中外載荷與 內(nèi)部空洞體積變化的解析式，進(jìn)而得到了空洞缺陷 閉合的條件。此條件表明了應(yīng)力狀態(tài)影響空洞的閉 合方式，三向壓應(yīng)力是空洞閉合的最佳應(yīng)力狀態(tài)。該 條件可直接根據(jù)鍛造水壓機(jī)的在線載荷與壓下量計 算鍛件內(nèi)部空洞缺陷的閉合情況。

4.4 裂紋

      在大型鍛造中，易產(chǎn)生裂紋。如鋼錠缺陷引起的 鍛造裂紋、鋼中有害雜質(zhì)沿晶界析出引起的裂紋、第 二相析出引起的裂紋。還有就是溫度、變形程度、變 形速度、冷卻速度、應(yīng)力狀態(tài)等熱力因素的合理選 擇。反之，可能形成各種鍛造缺陷和裂紋?，F(xiàn)有的控制方法有：①提高冶煉鋼水純凈度；②鑄錠緩慢冷卻，減少熱應(yīng)力；③采用良好的發(fā)熱劑與保溫帽，增大補(bǔ)縮能力；④限制鋼中加鋁量，去除鋼中氮?dú)饣蛴眉逾伔?抑制 AlN 析出量；⑤采用熱送鋼錠，過冷相變處理工藝；⑥提高熱送溫度（>900℃）直接加熱鍛造；⑦鍛前進(jìn)行充分的均勻化退火，使晶界析出相 擴(kuò)散；⑧采用中心壓實(shí)鍛造工藝。綜上可知，材料特性、缺陷性質(zhì)、變形量、溫度、 時間、壓力等許多因素共同影響著缺陷修復(fù)。而修復(fù) 的最重要因素有：內(nèi)部缺陷性質(zhì)、理想的高溫條件、 合理的應(yīng)力狀態(tài)和一定的變形量。即要有足夠大的 變形程度或局部鍛比；缺陷周圍為負(fù)的靜水壓力狀 態(tài)；高的鍛造溫度和一定的保壓時間；孔隙表面未被 氧化，不存在非金屬夾雜物。其中要想實(shí)現(xiàn)大的變形 使缺陷處于合理的應(yīng)力狀態(tài)，就必須選擇合理有效 的鍛造方法。

     因此，采用何種工藝去鍛合內(nèi)部這些缺 陷，如何創(chuàng)造有利的力學(xué)條件，使之在鍛造過程中不 出現(xiàn)新裂紋或夾雜性裂紋，是我們要研究的問題。然而，目前的鍛造方法雖然可以打碎碳化物、鍛 合疏松和空洞等冶金缺陷，不萌生新的裂紋源，并獲 得組織均勻致密的鍛件，但是它們也存在著自身的 缺點(diǎn)。

     如 WHF 鍛造法是在高溫下對鍛件進(jìn)行大壓 下量鍛造，具有較好的空洞鍛合效果且操作簡便，但 整個截面的應(yīng)變分布很不均勻，造成鍛件性能的各 向異性；JTS 法使鍛坯中心部位符合高溫、大變形 量、三向壓應(yīng)力狀態(tài)的孔隙焊合條件且表現(xiàn)出較強(qiáng) 的鍛透能力，但在整個截面上存在較大的變形梯度， 同時需要壓力機(jī)負(fù)荷較高，鋼錠表面易產(chǎn)生裂紋；FM 法的鍛造方法使鍛件心部變形量增大，產(chǎn)生三 向壓應(yīng)力，但在接近下砧的部分會出現(xiàn)軸向拉應(yīng)力。這些型砧的主變形方向都始終沿拔長方向，結(jié)果將 形成軸向纖維組織，而且整個橫截面變形分布不夠 均勻。 

     因此，為了有效控制大型鍛件的裂紋，可通過對 大型鍛件材料損傷力學(xué)和數(shù)值模擬技術(shù)的研究，建 立新的損傷模型，從而尋找到合理有效的鍛造工藝參數(shù)。

5 有限元數(shù)值模擬技術(shù)在大型鍛件鍛造過程中的應(yīng)用現(xiàn)狀 

      利用計算機(jī)數(shù)值模擬的方法，獲得生產(chǎn)大型自 由鍛件鍛造成形過程中金屬宏觀力學(xué)性能和微觀組 織的變化規(guī)律，以此為基礎(chǔ)優(yōu)化工藝參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn) 對鍛造生產(chǎn)過程的有效控制，為獲得優(yōu)質(zhì)鍛件提供 技術(shù)保證。

5.1 有限元數(shù)值模擬 

      目前，對大型鍛件的自由鍛研究主要集中在試 驗(yàn)研究或者物理模擬方面，比如主要研究砧寬比、料 寬比以及壓下量等對空洞閉合壓實(shí)的影響。對大型 鍛件自由鍛的形變機(jī)理、空洞的閉合與焊合機(jī)理、鍛 造過程形核再結(jié)晶及長大機(jī)理，以及各種機(jī)理之間 的相互影響關(guān)系等方面的研究不多。主要研究的是平砧拔長時砧寬比（AWR）和料 寬比（BWR）的合理范圍，得出砧寬比大于 0.8 時，鍛 件內(nèi)部不會出現(xiàn)軸向拉應(yīng)力；料寬比小于 0.85 的情 況下，鍛件內(nèi)部可能會出現(xiàn)橫向拉應(yīng)力。后來的研究 表明，砧寬比、料寬比和壓下量需要合理匹配才能有 效控制鍛件的內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)。但到底如何合理匹配， 不同的鍛件、不同的鍛造方法也是不同的，必須進(jìn)一 步有針對性的研究，以便能夠得到系統(tǒng)的、應(yīng)用范圍 廣的三者匹配參數(shù)。 

5.2 微觀組織模擬 

     有限元數(shù)值模擬為制定材料成形工藝提供了重 要參考數(shù)據(jù)，但要改善產(chǎn)品的性能，則必須考慮材料 顯微組織的大小、分布狀態(tài)與缺陷等，因此，數(shù)值模 擬的研究熱點(diǎn)已經(jīng)從基于塑性力學(xué)的有限元模擬發(fā) 展到基于組織演變的微觀組織模擬。北京機(jī)電研究所曾志明先生對有限元軟件 DEFORM 進(jìn)行了二次開發(fā)，通過模擬預(yù)測了大型鍛 件鍛造過程的微觀組織演變。Jong Taek Yeom 運(yùn)用 DEFORM-3D 預(yù)測了 718 合金在拔長過程中的再結(jié) 晶和晶粒長大過程，并驗(yàn)證了結(jié)果。F.S.Duam 利用 有限元模擬的方法研究了不同鍛造參數(shù)對大型鍛件 鍛造后晶粒大小及微觀組織均勻性的影響。 

      從國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，大型鍛件微觀組織 模擬的研究主要集中在熱成形工藝的軟化機(jī)理和軟 化過程的數(shù)值模擬，包括動態(tài)再結(jié)晶、動靜態(tài)再結(jié) 晶、晶粒長大等的模擬。更多的是大型鍛件成形過程 中再結(jié)晶分?jǐn)?shù)和平均晶粒度的有限元模擬，分析結(jié) 果只對工藝參數(shù)的確定有一定的指導(dǎo)意義。微觀組 織模擬的要求主要是從微觀機(jī)理上來模擬分析鍛造 過程材料微觀組織的演化，及其對宏觀性能的影響。研究多種物理場耦合下的鍛造過程混晶產(chǎn)生與消除 機(jī)理、空洞閉合及焊合機(jī)理、再結(jié)晶及原子擴(kuò)散對空 洞與微裂紋焊合的影響機(jī)制，結(jié)合數(shù)值模擬得出對 鍛件宏觀強(qiáng)度、塑性、韌性等的影響，以提高大型自 由鍛的鍛件質(zhì)量。但是，目前的仿真模型多為經(jīng)驗(yàn)?zāi)?型，應(yīng)用范圍受到一定限制。 

      總之，我們迫切需要建立以求解鍛造成形過程 中鍛件內(nèi)部等效應(yīng)力、等效應(yīng)變、溫度梯度等物理量 場的基于宏觀塑性力學(xué)的模擬；以及以鍛件內(nèi)部鑄 造組織細(xì)化及縮孔和疏松的鍛合為特征的微觀組織 演變過程相結(jié)合的大型鍛件自由鍛成形工藝的數(shù)值 模擬的原型系統(tǒng)。

6 材料損傷技術(shù)研究 

      早在 1958 年 Kachanov 研究蠕變現(xiàn)象時引用了 損傷變量，提出了連續(xù)性因子與有效應(yīng)力的概念，并 寫出了它演化的本構(gòu)方程，從此開創(chuàng)了損傷力學(xué)發(fā) 展的歷史。經(jīng)過幾十年大量開創(chuàng)性的研究工作，擴(kuò)大 了損傷力學(xué)的應(yīng)用范圍?，F(xiàn)在，損傷力學(xué)已進(jìn)入工程 應(yīng)用的發(fā)展階段[17]。引起材料強(qiáng)度劣化的微結(jié)構(gòu)變化通常稱為損 傷。微缺陷（微裂紋和微孔洞）的成核、發(fā)展及合并造 成的損傷，逐步在材料中形成宏觀裂紋，使材料結(jié)構(gòu) 承載面積縮小，直至斷裂失效。從理論研究結(jié)果看，損傷力學(xué)是一門較系統(tǒng)地 研究微缺陷以及這些缺陷的發(fā)展對應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài) 影響的科學(xué)。其核心內(nèi)容有：要根據(jù)所研究問題的特 點(diǎn)，引入恰當(dāng)?shù)臉?biāo)量或張量型的損傷內(nèi)變量，以反映 局部缺陷對材料物理性能的影響；建立損傷材料的 本構(gòu)關(guān)系，即建立損傷演化規(guī)律在內(nèi)的對各狀態(tài)變 量之間關(guān)系的模型；最后就是損傷力學(xué)計算方法的 實(shí)現(xiàn)。 

      目前，有關(guān)損傷力學(xué)理論、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用的研究相 當(dāng)廣泛，但已有的進(jìn)展還很不完善。因此，需要在前 人對損傷力學(xué)相應(yīng)的有限元算法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研 究，建立適用范圍廣、操作性可行并與實(shí)驗(yàn)相吻合的 損傷本構(gòu)模型。把其運(yùn)用到大型鑄鍛件的自由鍛中， 結(jié)合計算機(jī)數(shù)值模擬改善自由鍛工藝方法，預(yù)防或 修復(fù)大型鍛件中的內(nèi)部缺陷，從而提高生產(chǎn)效率和 鍛件質(zhì)量。甚至把該模型運(yùn)用到計算機(jī)數(shù)值模擬系 統(tǒng)中，改善現(xiàn)有數(shù)值模擬系統(tǒng)，能夠真正達(dá)到內(nèi)部組 織的模擬及缺陷預(yù)測的模擬。

7 結(jié)論與展望

      大型鍛件鍛造工藝的開發(fā)與設(shè)計是關(guān)系到大型 鍛件生產(chǎn)是否成功的關(guān)鍵因素，同時也是制約我國裝備制造業(yè)、核電工業(yè)的瓶頸之一。近幾十年來，關(guān) 于如何控制大型鍛件內(nèi)部裂紋、損傷，提高鍛造質(zhì)量 方面的研究已經(jīng)取得了許多成果，但仍然存在著一 些尚未解決的問題。 

    （1）大型鍛件鍛造裂紋判定準(zhǔn)則的缺乏。大型鍛 件中最難解決的缺陷就是鍛造裂紋。為了準(zhǔn)確判斷 大鍛件鍛造過程中可能出現(xiàn)的裂紋以及研究控制裂 紋的方法，必須建立相應(yīng)材料的裂紋判定準(zhǔn)則，該準(zhǔn) 則是一個門檻值，如果超出該值，即認(rèn)為鍛件內(nèi)將產(chǎn) 生裂紋，否則，不會產(chǎn)生裂紋。迄今為止這方面的研 究仍未有十分滿意的結(jié)果。 

    （2）我國現(xiàn)有的大鍛件鍛造工藝規(guī)程的制定依 然是根據(jù)設(shè)計者的經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)試驗(yàn)的方法，缺乏從系 統(tǒng)上把握大鍛件鍛造規(guī)律以及科學(xué)制定鍛造工藝規(guī) 程的方法。因此，有必要根據(jù)大型鍛件鍛造的特點(diǎn)， 引入先進(jìn)的設(shè)計理念和方法，如計算機(jī)輔助設(shè)計技 術(shù)、物理模擬技術(shù)、數(shù)值模擬技術(shù)、穩(wěn)健優(yōu)化技術(shù)，研 究科學(xué)制定鍛造工藝規(guī)程的方法，為控制大鍛件內(nèi) 部裂紋奠定基礎(chǔ)。