【材料課件】塑性加工工程學(xué)2(編輯修改稿)
2025-03-11 12:23 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 于一定的應(yīng)力狀態(tài)，在不同的方位將作用有不同的正應(yīng)力及切應(yīng)力。 材料斷裂（產(chǎn)生裂紋）形式一般有兩種： ?一是切斷，斷裂面是平行于最大切應(yīng)力或最大切應(yīng)變方向； ?另一種是正斷，斷裂面垂直于最大正應(yīng)力或正應(yīng)變方向。 ?至于材料產(chǎn)生何種破壞形式，主要取決于應(yīng)力狀態(tài)，即正應(yīng)力與切應(yīng)力之比值，也與材料所能承受的極限變形程度有關(guān)。 （ l）由外力直接引起的裂紋 在塑性成形中，下列一些情況，由外力作用可能引起裂紋： ?彎曲和校直、脆性材料鐓粗、沖頭擴(kuò)孔、扭轉(zhuǎn)、拉延、拉伸、脹形和內(nèi)翻邊等。 ?彎曲件在校正工序中，由于一側(cè)受拉應(yīng)力常易引起開(kāi)裂。例如某廠鍛高速鋼（ W18CI4V）拉刀坯料時(shí)，坯料的斷面是邊長(zhǎng)相差較大的矩形，沿窄邊壓縮時(shí)易產(chǎn)生彎曲，當(dāng)彎曲比較嚴(yán)重，隨后校正時(shí)在凹的一側(cè)受拉應(yīng)力而引起縱向開(kāi)裂。 ? 鐓粗時(shí)軸向雖受壓應(yīng)力，但與軸線成 45176。方向有最大切應(yīng)力。低塑性材料鐓粗時(shí)常易產(chǎn)生近 45176。方向的斜裂。塑性好的材料鐓粗時(shí)則產(chǎn)生縱裂，這主要是附加拉應(yīng)力引起的。 ? 圓坯料在平砧上用小壓縮量滾圓時(shí)，會(huì)在垂直打擊的方向形成拉應(yīng)力，而且心部最大。用滑移線理論計(jì)算也可得出如此結(jié)果。這種拉應(yīng)力易引起心部金屬開(kāi)裂。 ? 對(duì)于高的圓柱體，壓縮時(shí)雖然同樣也有難變形區(qū)存在，但緊接著該區(qū)即有因變形而形成的雙鼓，中部并不受拉應(yīng)力，這說(shuō)明工件形狀和尺寸的不同引起了變形分布的不同，造成有時(shí)易形成裂紋，有時(shí)又不易形成裂紋。 ? 在平砧上拔長(zhǎng)矩形斷面坯料時(shí)，如送進(jìn)量過(guò)大，并在同一處反復(fù)重?fù)簦瑒t在截面對(duì)角線處產(chǎn)生劇烈的切應(yīng)變，即在對(duì)角線上產(chǎn)生很大的交變切應(yīng)力，因而易形成十字形裂紋。 （ 2）由附加應(yīng)力及殘余應(yīng)力引起的裂紋 ? 當(dāng)附加應(yīng)力超過(guò)該部分材料強(qiáng)度極限時(shí)便引起裂紋。矩形斷面坯料拔長(zhǎng)時(shí)能產(chǎn)生橫向裂紋。這種裂紋多發(fā)生在送進(jìn)量 L相對(duì)于還料高度 h較小的情況下（ L＜ ）。 ?擠壓棒材時(shí)，由于受模口摩擦阻力影響，表層金屬流得慢，中部金屬流得快，外表層受拉，中部金屬受壓，在表層易引起橫裂。當(dāng)外力消除后，附加應(yīng)力仍以殘余應(yīng)力的形式留在工件內(nèi)部，這是產(chǎn)生延時(shí)開(kāi)裂的主要原因。 （ 3）由溫度應(yīng)力（熱應(yīng)力）及組織應(yīng)力引起的裂紋 ?當(dāng)加熱或冷卻時(shí)由于坯料內(nèi)溫度不均勻造成熱漲或冷縮不均勻而引起的內(nèi)應(yīng)力稱為溫度應(yīng)力，也稱為熱應(yīng)力。 ?總的規(guī)律是在降溫較快（或加熱較慢）處受拉應(yīng)力，在降溫較慢或升溫較快處受壓應(yīng)力。 ? 當(dāng)組織轉(zhuǎn)變不同時(shí)發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為組織應(yīng)力。 ?總的規(guī)律是每一瞬間進(jìn)行增加比容的轉(zhuǎn)變區(qū)受壓應(yīng)力，進(jìn)行減少比容的轉(zhuǎn)變區(qū)受拉應(yīng)力。 2．形成裂紋的組織分析 ?塑性成形中的裂紋一般發(fā)生在組織不均勻或帶某些缺陷的材料中。 ?金屬的晶界往往是缺陷比較集中的地方。 ?塑性成形件中的裂紋一般產(chǎn)生于晶界或相界處。下面從三個(gè)方面分析塑性成形件中產(chǎn)生裂紋的組織因素。 （ l）材料中由冶金和組織缺陷處應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋 在原材料的冶金和組織缺陷處，如縮孔、偏析、疏松、夾雜物等的尖角處，在第二相和基體相的交界處，特別是第二相的尖角處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。在應(yīng)力集中處較早達(dá)到金屬的屈服強(qiáng)度，引起塑性變形，當(dāng)變形量超過(guò)材料的極限變形程度和應(yīng)力超過(guò)材料的極限強(qiáng)度時(shí)便產(chǎn)生微觀裂紋，進(jìn)而發(fā)展成宏觀裂紋。 （ 2）第二相及夾雜物本身的強(qiáng)度低和塑性低而產(chǎn)生裂紋 1）晶界為低熔點(diǎn)物質(zhì) ? 塑性成形過(guò)程中常見(jiàn)的銅脆、熱脆和錫脆等皆是由于在晶界的剪切和遷移中微觀裂紋首先于晶界處的低熔點(diǎn)物質(zhì)本身中發(fā)生、發(fā)展而形成的。 2）晶界存在脆性的第二相或非金屬夾雜物 ? 脆性物質(zhì)包括：碳化物、氧化物、氮化物。硅酸鹽、硼化物及金屬間化合物等。 ?當(dāng)晶界剪切和遷移時(shí)，上述脆性物質(zhì)有不同程度的破碎，當(dāng)晶界脆性物質(zhì)的破碎得不到及時(shí)修復(fù)時(shí)，微觀裂紋便在此處發(fā)生和發(fā)展。 3）第二相為強(qiáng)度低于基體的韌性相 ?亞共析鋼、奧氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼中的鐵素體屬于此種情況。 ?由于鐵素體的強(qiáng)度小，塑性變形時(shí)，首先是鐵素體局部變形，因而由于變形不均勻和由此產(chǎn)生的附加應(yīng)力，或鐵素體變形超過(guò)極限變形時(shí)，便在兩相交界處開(kāi)裂。當(dāng)鐵素體呈網(wǎng)狀分布于晶界時(shí)危害更大。 （ 3）第二相及非金屬夾雜與基體之間在力學(xué)性能和理化性能上有差異而產(chǎn)生裂紋 ?在這種情況下，微觀裂紋往往產(chǎn)生在它們交界處，這是它們之間結(jié)合力較弱的緣故。 ?例如，奧氏體不銹鋼中存在鐵素體相時(shí)，兩相具有不同的變形抗力，由于熱鍛時(shí)兩者的變形程度不同而產(chǎn)生了附加應(yīng)力，故常易在奧氏體與鐵素體的交界處產(chǎn)生裂紋。 （二）塑性成形件中裂紋的鑒別與防止產(chǎn)生裂紋的原則措施 1．塑性成形件中裂紋的鑒別 ? 鑒別裂紋形成的原因，應(yīng)首先了解工藝過(guò)程，以便找出裂紋形成的客觀條件 ? 其次應(yīng)當(dāng)觀察裂紋本身的狀態(tài) ?然后再進(jìn)行必要的有針對(duì)性的顯微組織分析、微區(qū)成分分析。 對(duì)于產(chǎn)生龜裂的鍛件，粗略地分析可能是： 1）由于過(guò)燒； 2）由于易熔金屬滲入基體金屬（如銅滲入鋼中）； 3）應(yīng)力腐蝕裂紋； 4）鍛件表面嚴(yán)重脫碳。 這可以從工藝過(guò)程調(diào)查和組織分析中進(jìn)一步判別 ?例如在加熱銅以后加熱鋼料或兩者混合加熱或鋼中含銅量過(guò)高時(shí)，則有可能是銅脆。從顯微組織上，銅脆開(kāi)裂在晶界，且能找到亮的銅網(wǎng)。 ?在單純過(guò)燒引起的晶界裂紋，在晶界處只能找到氧化物。 ?應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂是在酸洗后出現(xiàn)，裂紋擴(kuò)展呈樹(shù)技狀形態(tài)。 裂紋與折疊的鑒別： ?可以從受力及變形的條件考察，亦可從低倍和高倍組織來(lái)區(qū)分。 ?一般裂紋與流線成一定交角，而折疊附近的流線與折疊方向平行。 ?折疊的尾部一般呈圓角，而裂紋通常是尖的。 ?由縮孔殘余引起的裂紋通常是粗大而不規(guī)則的。 2．防止產(chǎn)生裂紋的原則措施
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