随着电力装备装机容量的大型化,其大锻件所用钢锭也越来越大,当前我国百万KW级核电大锻件最大钢锭已达到600吨级。钢锭在冶炼和铸造过程中不可避免地存在疏松等冶金缺陷。随着钢锭尺寸增大,冶金缺陷产生的可能性也越大。因此,研究热锻过程中大型钢锭内部冶金缺陷的演变情况,对生产优质大锻件、提高我国大锻件生产水平具有重大意义。针对热锻条件下大型钢锭内部冶金缺陷,本文首次提出了依托有限元软件DEFORM-3D中多孔材料建立疏松材料模型、以相对密度作为评价指标考察疏松的压实过程,同时,对热锻过程中枝晶演变过程作了初步探索。首先本文从理论上确定FM法工艺参数,并建立及优化基于多孔材料的疏松材料模型,然后进行镦粗和FM法拔长的物理试验,研究不同锻造条件下密度和树枝晶变化情况、进而以力学性能的变化来检验缺陷的愈合情况,最后,在物理试验基础上,分别利用已建立的疏松材料模型和致密材料模型对物理试验进行数值模拟研究,考察疏松材料相对密度变化规律及以多孔材料建立疏松模型、以相对密度作为疏松压实评价指标的可行性。得到的主要研究结论如下:(1)疏松材料密度变化反映了铸态材料疏松的压实过程,表明以多孔材料建立疏松模型、以相对密度作为疏松压实的评价指标具有可行性;(2)物理试验和数值模拟均显示:随着锻比增加,密度增大,疏松压实程度提高;越接近致密材料,密度增速越缓慢,疏松压实也越困难;(3)随着锻比的增大,枝晶转变为流线,镦粗样流线方向呈现与镦粗过程金属流动方向取向一致的趋势,拔长样流线与主变形方向的夹角逐渐减小;(4)不同锻比试样两次热处理之后,力学性能有大幅提高,表明热锻过程中材料的原始冶金缺陷在一定程度上得以愈合。