1 锻造裂纹特征、产生的原因
传统的力学与材料学理论都认为裂纹由形核、扩展、微裂纹 聚合直至断裂，是一个不可逆的热力学过程。根据现有理论，在 大型锻件的生产、使用、维护，乃至损伤容限评估等各方面，人 们都假定微裂纹发展的必然趋势就是断裂。实际上，任何成份与 结构不均质，包括含微裂纹 ) 的材料，在热力学许可的条件下， 都将趋于均匀化，这也同样是热力学的基本原理。锻造裂纹的宏 观特征 : 裂纹主要出现在锻造侧面的弧形处，裂纹比较粗大，一 般以多条、多种特征的形式存在，无明显细尖端，比较圆钝，无 明显的方向性，有时会出现一些较细的锻造裂纹。肉眼可见裂纹 走向基本都始于锻造面，呈垂直状或螺旋状向另一侧延伸，甚至 有些锻造裂纹贯穿上下锻造面。热处理裂纹的宏观特征 : 裂纹刚 健挺直，呈穿晶分布，起始点较宽，尾部细长曲折，常发生在工 件的棱角槽口、截面突变处。锻造过程 ( 包括加热、冷却 ) 中裂 纹的产生与金属的受力情况、组织结构、变形温度和变形速度等 有关。除了工具给予工件的作用外，还有变形不均匀和变形速度 不同引起的附加应力、温度不均匀引起的热应力和组织转变不同 产生的组织应力。金属的组织结构是裂纹产生和扩展的内部依据 ; 应力状态、变形速度和变形温度是裂纹产生和扩展的外部条件， 通过对金属组织和微观机制的影响而对裂纹的发生和扩展发生作用。
4 修复内裂表明的原理和方法
超声波探伤表明，大锻件内部存在裂纹与类孔隙缺陷是造成 废品的重要原因，其中多数是由于坯料内部存在有疏松、夹杂物、 粗晶和裂纹。它们由于局部的不均匀变形，在巨大的集中应力和 剪应力作用下，导致难以锻合、压实和生成变形损伤。因此，对 原材料、冶铸、热锻进行综合控制，消除内裂产生的根源和条件 是提高锻件品质的积极措施。但是，对已经带有内裂缺陷的大锻 件进行愈合修复，重新启用防止报废也有重要的经济意义。内裂 修复的原理为：任何结构与成分不均质 ( 包括微裂纹 ) 的材料， 在热力学许可条件下，都将趋于均匀化。其本质是在扩散力 ( 浓 度、电场、应力场等梯度 ) 作用下，金属原子定向、扩散迁移， 使内裂纹愈合。现在已研究应用了高温扩散处理、加压扩散处理、 扩散与塑性变形相结合修复愈合等方法。在 800-1250℃的温度范 围内，加热并保温试样，800℃下保温 15min, 然后空冷，冷却之 后，再次放入 850℃下进行加温，保温 15min，然后空冷，一直循 环到 1250℃。在对大型管板、大型模块中夹杂性裂纹修复方面取 得了明显的成效，并在轧制钢材、管材内裂控制上取得明显的效果， 曾经对 5 件探伤报废的大锻件进行自修复方法处理，经过高温处 理再次探伤检验完全符合国家标准，作为合格产品出厂。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆依据裂 纹修复中组织成长、性能变化与生物伤口愈合相似的现象，提出 内裂类生修复机制，引起了业内人士的关注。
5 结论
通过热锻裂纹研究试验方法 , 结合锻造裂纹微观组织和热力 学分析 , 有效地利用内裂修复机制 , 可以预防和消除锻造过程裂 纹的萌生与扩展。
2 锻造裂纹的显微特征
(1) 表面缺陷 ( 如折叠、裂纹、结疤、重皮等 ) 或加工裂纹 导致的锻造裂纹和热处理裂纹的显微特征 : 裂纹的裂口内常伴随 有大量的氧化产物，甚至还会有氧化圆点，裂纹两侧有较为明显 的脱碳。
(2) 夹杂物导致的锻造裂纹和热处理裂纹的显微特征，裂纹 内一般无氧化和脱碳现象：热处理裂纹扩展方向一般是穿晶和沿 晶同时并存，严重时可呈单独条线状延伸，甚至会穿过整个工件， 若经回火，裂纹内可能会出现氧化物；一般情况下，裂纹内夹杂 物即使脱落，也能在裂纹附近观察到夹杂物的存在。
(3) 锻造作用力过大导致的锻造裂纹的显微特征：应力裂纹， 裂纹内及附近无氧化和脱碳现象。
3 锻造裂纹的预防与消除
从以上关于锻造裂纹成因的分析可知，控制裂纹发生应从内 因和外因两方面入手，其防治要点主要有以下几点：(1) 要严格 控制冶炼、浇注过程。这是提高钢质纯净度，消除冶金缺陷、防 止裂纹发生的重要环节。实践证明，钢中夹杂物多且呈团块状聚集， 晶粒粗大且晶界脆弱以及带有微裂纹和皮下气泡的坯料，极易产 生裂纹破坏。(3) 锻造成形时要保持有良好的应力状态，比如将 自由锻冲孔改为模内冲挤成形，改善应力状态，从而可以防止裂 纹的生成。(4) 严格控制变形温度。温度低，硬化严重，塑性降低 ; 温度过高，产生过热、过烧，塑性也会下降，都有可能产生裂纹。 只有在软化再结晶充分进行的区间，一般是单相组织时，锻造开 裂的可能性较小。(5) 变形速度对于低塑性材料有很大的影响， 应根据具体材料选用合适的锻造设备，以便防止锻裂。例如 MB5 镁合金在锤上锻造时易裂，而在压机上锻造则不裂，其原因是镁 合金再结晶过程缓慢，高速下变形容易破裂。
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论文作者:赵义东 李艳军
论文发表刊物:《大众科学》2017年11期
论文发表时间:2018/8/1
标签：裂纹论文; 应力论文; 特征论文; 塑性论文; 热力学论文; 温度论文; 脱碳论文; 《大众科学》2017年11期论文;