隨著金屬加熱過程的數(shù)學(xué)模型和計算方法的不斷完善，金屬加熱過程的計算機(jī)模擬日益受到人們的重視，并且對實際的生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。為獲得合理的加熱工藝規(guī)范，本文采用deform-3d有限元分析軟件對根據(jù)旋槳軸用材料及尺寸特點制定出來的加熱工藝規(guī)范進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，并基于模擬過程中所得到的溫度場和應(yīng)力場對加熱規(guī)范進(jìn)行分析。
大型鍛件一般是指5t以上的軸類鍛件或2t以上的餅類鍛件，大型鍛件的生產(chǎn)一般是直接將鋼錠加熱到始鍛溫度下對其進(jìn)行鍛造。鍛前加熱的目的是提高鋼錠的塑性、降低變形抗力、增加可鍛性。用于鍛造長軸類大鍛件的鋼錠為大型鋼錠，由于其加熱為非線性過程，鋼錠心部的溫度無法直接探測等因素，大型鋼錠加熱工藝的制訂一直比較困難。
本文所研究的某船用螺旋槳軸材料為35鋼，其化學(xué)成分如表1所示。下料質(zhì)量為7.8t、成品長度達(dá)9.43m、zui大直徑為320mm，鍛件長徑比達(dá)29.5。
表135鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
c
si
mn p
s
ni
cr
0.34 0.30
0.68
0.019 0.021
0.01
0.01
加熱所用設(shè)備為自制的雙室式油爐，規(guī)格尺寸為1924mm×1492mm×1856mm，考慮到靠近該室式油爐低溫階段的zui大加熱速度v1=220℃/h、高溫階段zui大可能加熱速度v2=150℃/h。
該船用螺旋槳軸鋼錠材料為35鋼，其鍛造溫度為1200～800℃。采用常溫（20℃）入爐。低溫入爐避免了高溫入爐后鋼錠表面急劇升溫導(dǎo)致熱應(yīng)力過大的危險。為了節(jié)約加熱時間，常溫入爐后以爐子的zui大加熱速度v1=220℃/h對鋼錠進(jìn)行加熱；高溫階段（800℃以后），金屬塑性已顯著提高，過大的應(yīng)力可通過塑性變形來松弛掉，因此，擬采用zui大可能的加熱速度v2=150℃/h進(jìn)行加熱。采用在800℃和1220℃進(jìn)行保溫的四段式加熱方式。在800℃保溫0.9h，在1200℃保溫2.2h。
采用四段式加熱方式，可保證鋼錠鍛造部分的心部溫度在加熱結(jié)束后達(dá)到1000℃以上，能較好地滿足鍛造始鍛溫度的要求。常溫裝爐后，隨著爐溫的升高，鋼錠表面受壓應(yīng)力的作用、心部受拉應(yīng)力的作用，三向應(yīng)力中軸向應(yīng)力zui大；當(dāng)鋼錠進(jìn)入相變溫度后需要對其在800℃進(jìn)行保溫，該溫度下的保溫能減小內(nèi)應(yīng)力，防止鋼錠表面產(chǎn)生裂紋。鋼錠在1220℃下保溫結(jié)束后，待鍛造部分表面溫度達(dá)到1200℃以上，心部局部區(qū)域溫度小于1050℃，局部區(qū)域表面和心部的溫差超過了150℃，故須進(jìn)一步對本文所制定的加熱規(guī)范進(jìn)行優(yōu)化。