大型锻件一般是指5t以上的轴类锻件或2t以上的饼类锻件，大型锻件的生产一般是直接将钢锭加热到始锻温度下对其进行锻造。锻前加热的目的是提高钢锭的塑性、降低变形抗力、增加可锻性。用于锻造长轴类大锻件的钢锭为大型钢锭，由于其加热为非线性过程，钢锭心部的温度无法直接探测等因素，大型钢锭加热工艺的制订一直比较困难。
随着金属加热过程的数学模型和计算方法的不断完善，金属加热过程的计算机模拟日益受到人们的重视，并且对实际的生产具有重要的指导意义。为获得合理的加热工艺规范，本文采用Deform-3D有限元分析软件对根据旋桨轴用材料及尺寸特点制定出来的加热工艺规范进行有限元数值模拟，并基于模拟过程中所得到的温度场和应力场对加热规范进行分析。
本文所研究的某船用螺旋桨轴材料为35钢，其化学成分如表1所示。下料质量为7.8t、成品长度达9.43m、最大直径为320mm，锻件长径比达29.5。
 
 
表1 35钢的化学成分（质量分数，%）

C	Si	Mn	P	S	Ni	Cr
0.34	0.30	0.68	0.019	0.021	0.01	0.01

加热所用设备为自制的双室式油炉，规格尺寸为1924mm×1492mm×1856mm，考虑到靠近该室式油炉低温阶段的最大加热速度v1=220℃/h、高温阶段最大可能加热速度v2=150℃/h。
该船用螺旋桨轴钢锭材料为35钢，其锻造温度为1200～800℃。采用常温（20℃）入炉。低温入炉避免了高温入炉后钢锭表面急剧升温导致热应力过大的危险。为了节约加热时间，常温入炉后以炉子的最大加热速度v1=220℃/h对钢锭进行加热；高温阶段（800℃以后），金属塑性已显著提高，过大的应力可通过塑性变形来松弛掉，因此，拟采用最大可能的加热速度v2=150℃/h进行加热。采用在800℃和1220℃进行保温的四段式加热方式。在800℃保温0.9h，在1200℃保温2.2h。
采用四段式加热方式，可保证钢锭锻造部分的心部温度在加热结束后达到1000℃以上，能较好地满足锻造始锻温度的要求。常温装炉后，随着炉温的升高，钢锭表面受压应力的作用、心部受拉应力的作用，三向应力中轴向应力最大；当钢锭进入相变温度后需要对其在800℃进行保温，该温度下的保温能减小内应力，防止钢锭表面产生裂纹。钢锭在1220℃下保温结束后，待锻造部分表面温度达到1200℃以上，心部局部区域温度小于1050℃，局部区域表面和心部的温差超过了150℃，故须进一步对本文所制定的加热规范进行优化。（榕霖）


备注：数据仅供参考，不作为投资依据。