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水轮机主轴的制造是生产大型水电机组的关键技术。本文针对大型水轮机主轴内法兰锻件锻造过程的裂纹缺陷，采用物理模拟方法，研究了其主要用钢20SiMn的高温力学性能，得到了避免产生锻造裂纹的合理锻造工艺区间;根据Cockcroft & Latham延性断裂准则，得到了20SiMn钢的延性断裂因子C为30.0;利用Deform 3D软件，对大型水轮机主轴内法兰锻造过程进行了数值模拟，预测了锻件在空心镦粗过程中裂纹产生的趋势和区域，并提出了优化锻造工艺方案。本文的研究成果，对制定其它大型简体锻件的锻造工艺具有参考价值。