第12講 斷裂影響因素及現(xiàn)象分析

金屬塑性變形理論

Theoryofmetalplasticdeformation

第十二講LessonTwelve斷裂影響因素及現(xiàn)象分析2023/2/12第六章金屬的斷裂主要內(nèi)容MainContent斷裂的基本類型及物理本質(zhì)影響斷裂類型的因素塑性加工中的斷裂現(xiàn)象分析2023/2/136.2影響斷裂類型的因素塑性與脆性并非金屬固定不變的特性，象金屬鎢，雖在室溫下呈現(xiàn)脆性，但在較高的溫度下卻具有塑性。在拉伸時為脆性的金屬，在高靜水壓下卻呈現(xiàn)塑性。在室溫下拉伸為塑性的金屬，在出現(xiàn)缺口、低溫、高變形速度時卻可能變得很脆。所以，金屬是韌性斷裂還是脆性斷裂，取決于各種內(nèi)在因素和外在條件。因此，對塑性加工來說，很有必要了解塑性－脆性轉(zhuǎn)變條件，盡可能防止脆性，向有利于塑性提高方面轉(zhuǎn)化。2023/2/14影響塑性－脆性轉(zhuǎn)變的主要因素變形溫度變形速度應(yīng)力狀態(tài)組織結(jié)構(gòu)……2023/2/15變形溫度大多數(shù)金屬材料(除面心立方以外)的變形中有一個重要的現(xiàn)象：隨著變形溫度的改變都有一個從韌性斷裂到脆性斷裂的轉(zhuǎn)變溫度，稱此溫度為脆性轉(zhuǎn)變溫度，常以Tc來表示。在此溫度以上是韌性斷裂，在此溫度以下是脆性斷裂。對一定材料來說，脆性轉(zhuǎn)變溫度越高，表征該材料脆性趨勢愈大。

2023/2/16如果變形溫度不變，改變其他參數(shù)，如晶粒度，變形速度，應(yīng)力狀態(tài)等，同樣也會出現(xiàn)塑性－脆性轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。對這種現(xiàn)象的解釋，可以認(rèn)為斷裂應(yīng)力sf對溫度不夠敏感，熱激活對脆性裂紋的傳播不起多大作用，但屈服強(qiáng)度ss卻隨溫度變化很大，溫度越低，ss越高。將ss與sf對溫度作圖，則兩條曲線的交點所對應(yīng)的溫度就是Tc。當(dāng)T＞Tc時，sf

＞ss

，此時材料要經(jīng)過一段塑性變形后才能斷裂，故表現(xiàn)為韌性斷裂；在T＜Tc

時，sf

＜ss

，此時材料未來得及塑性變形就已經(jīng)發(fā)生斷裂，則表現(xiàn)為脆性斷裂。2023/2/17sf

和ss與溫度的關(guān)系2023/2/18變形速度變形速度的影響與變形溫度類同，由于變形速度的提高，塑性變形來不及進(jìn)行而使ss增高，但變形速度對斷裂抗力sf影響不大。所以在一定的條件下，就可以得到一個臨介變形速度ec，高于此值便產(chǎn)生脆性斷裂。變形速度的提高相當(dāng)于變形溫度降低的效果。2023/2/19應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)對塑性－脆性轉(zhuǎn)變的影響，可采用不同深度缺口的拉伸試樣來進(jìn)行。缺口越深越尖銳三向拉應(yīng)力狀態(tài)越強(qiáng)。試驗表明，拉應(yīng)力狀態(tài)越強(qiáng)，材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度越高，脆性趨勢越大。2023/2/110切口的試樣比無缺口試樣的脆性轉(zhuǎn)變溫度有明顯提高。沖擊彎曲由于變形速度極快引起ss提高，所以與靜彎曲（B）相比脆性轉(zhuǎn)變溫度也明顯提高。由此可見，金屬材料變形時的拉應(yīng)力狀態(tài)越強(qiáng)，變形速度越高，材料的脆化傾向越大。2023/2/111金屬材料的化學(xué)成份和組織狀態(tài)不同含碳量對鋼的沖擊韌性的影響。隨著含碳量的增加，沖擊韌性明顯降低，而且脆性轉(zhuǎn)變溫度上升，所以為避免低溫脆性多選用含碳量低于0.2％以下的鋼。2023/2/112添加Mn或Ni可以有效地降低轉(zhuǎn)變溫度。因為兩者都能使晶粒細(xì)化，此外Mn還能抑制碳化物沿晶界析出；Ni能促使位錯產(chǎn)生交滑移避免應(yīng)力集中，這些都有助于轉(zhuǎn)變溫度的降低。低碳鋼的斷裂應(yīng)力和屈服應(yīng)力與晶粒大小的關(guān)系2023/2/113鋼材經(jīng)淬火后高溫調(diào)質(zhì)處理得到索氏體組織，這對降低脆性轉(zhuǎn)變溫度是極為有效的。圖中表明調(diào)質(zhì)鋼與正火鋼和熱軋鋼相比，脆性轉(zhuǎn)變溫度明顯降低。2023/2/1146.3塑性加工中的斷裂現(xiàn)象分析塑性加工中的斷裂除因鑄錠質(zhì)量差（如鑄造時產(chǎn)生的疏松、裂紋、偏析和粗大晶粒等）和加熱質(zhì)量不良所造成過熱、過燒的原因外，絕大多數(shù)的斷裂是屬于不均勻變形所造成的。在生產(chǎn)中因工藝條件和操作上的不合理，會發(fā)生各種斷裂。因此，應(yīng)結(jié)合具體金屬的塑性加工工藝過程和斷裂現(xiàn)象，分析其斷裂原因，進(jìn)而找出防止斷裂的措施。2023/2/115鍛造時的斷裂軋制時的斷裂擠壓拉拔時的斷裂2023/2/1166.3.1鍛造時的斷裂鍛造時的表面開裂現(xiàn)象2023/2/1172023/2/118產(chǎn)生原因自由鐓粗塑性較低的金屬餅材時，由于錘頭端面對鐓粗件表面摩擦力的影響，形成單鼓形，使其側(cè)面周向承受拉應(yīng)力。當(dāng)鍛造溫度過高時，由于晶間結(jié)合力大大減弱，常出現(xiàn)晶間斷裂，且裂紋方向與周向拉應(yīng)力垂直(圖a)。當(dāng)鍛造溫度較低時，晶間強(qiáng)度常高于晶內(nèi)強(qiáng)度，便出現(xiàn)穿晶斷裂。由于剪應(yīng)力引起的其裂紋方向常與最大主應(yīng)力成45°角(圖b)。2023/2/119防止或減輕措施

(1)減少工件與工具間的接觸摩擦，提高接觸表面的光潔度，采用適當(dāng)高效能的潤滑劑；

(2)采用凹形模：鍛造時，由于模壁對工件的橫向壓縮，使周向拉應(yīng)力減少。

(3)采用軟墊

(4)采用活動套環(huán)和包套2023/2/120用活動套環(huán)(a)和包套(b)鐓粗加軟墊的鐓粗情況2023/2/121包套鐓粗2023/2/122鍛造時的內(nèi)部裂紋現(xiàn)象2023/2/123產(chǎn)生原因?qū)鞘謾M裂2023/2/124方形件鍛壓延伸變形圖示2023/2/125鍛壓圓坯時產(chǎn)生的十字橫裂2023/2/126改變工具形狀以減小鍛壓內(nèi)裂2023/2/1276.3.2軋制時的斷裂軋板時的表面開裂現(xiàn)象2023/2/128凹形軋輥軋制平板時的裂紋2023/2/129為避免上述斷裂現(xiàn)象的發(fā)生，首先是要有適宜的良好輥型和坯料尺寸形狀。其次是制定合理的軋制工藝規(guī)程(壓下量控制、張力調(diào)整、潤滑適宜等等)。2023/2/130軋制時內(nèi)部裂紋現(xiàn)象2023/2/131厚件軋制變形及縱向附加應(yīng)力的分布情況2023/2/1326.3.3擠壓拉拔時的斷裂表面裂紋現(xiàn)象2023/2/133拉拔時金屬表面的裂紋2023/2/134無論擠壓與拉拔，減少摩擦阻力，會使金屬流動不均勻性減輕，從而可以防止裂紋的產(chǎn)生。防止裂紋的有效方法是加強(qiáng)潤滑，例如鋁合金熱擠壓采用油－石墨潤滑劑，鋼熱擠時采用玻璃作潤滑劑。因為影響摩擦力的因素除了摩擦系數(shù)以外，還有垂直壓力和接觸面積的影響；對擠壓和拉拔來說還可以采用反向擠壓、反張力拉拔，輥式模拉伸等方法來減少有害摩擦，防止斷裂現(xiàn)象的