【材料】塑性加工工程學(xué)2ppt課件

1、塑性加工工程學(xué) 鍛件質(zhì)量控制實(shí)際主講 曹建剛.第三章 鍛件成形質(zhì)量控制實(shí)際第一節(jié) 概述 經(jīng)塑性成形后的坯料或零件，其質(zhì)量包括外形質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量對(duì)零件的運(yùn)用壽命有極大影響。 例如，國(guó)內(nèi)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪盤、渦輪葉片、壓氣機(jī)葉片的炸裂和折斷事故，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和高速柴油機(jī)連桿在運(yùn)轉(zhuǎn)中的折斷事故等，都與其鍛件的內(nèi)部質(zhì)量有極為親密的關(guān)系。又如，鍛件質(zhì)量?jī)?yōu)良的Cr12鋼冷沖?？蓻_壓300萬次以上，而質(zhì)量低劣的同樣模具壽命卻缺乏5萬次。 塑性成形件的外形質(zhì)量比較直觀，而內(nèi)部質(zhì)量組織、性能、微裂紋、空洞等問題必需借助于一些專門的實(shí)驗(yàn)方法才干分析清楚。 塑性成形件的質(zhì)量除與塑性成形工藝和熱處置工藝規(guī)范有關(guān)外，還與

2、原資料的質(zhì)量有親密關(guān)系。.對(duì)于塑性成形件，除了必需保證所要求的外形和尺寸外，還必需滿足零件在運(yùn)用過程中所提出的各種性能要求：如強(qiáng)度目的、塑性目的、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度、斷裂韌性和抗應(yīng)力腐蝕性能等，對(duì)在高溫下任務(wù)的零件，還要求有高溫瞬時(shí)拉伸性能、耐久性能、抗蠕變性能和熱疲勞性能等。塑性成形件的性能又取決于組織。不同資料或同一種資料的不同形狀，其組織都是不同的，性能也是不同的。.金屬的組織與資料的化學(xué)成分、冶煉方法、塑性成形工藝及熱處置工藝規(guī)范等要素有關(guān)。塑性成形工藝規(guī)范對(duì)塑性成形件的組織有重要的影響，尤其對(duì)那些在加熱和冷卻過程中沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的資料。如奧氏體和鐵素體耐熱不銹鋼、高溫合金、鋁合金和

3、鎂合金等，主要依托在塑性成形過程中，正確控制熱力學(xué)工藝參數(shù)來改善塑性成形件的組織和提高其性能。. 一、原資料及塑性成形過程申常見的缺陷類型 1、原資料中常見的缺陷主要有：毛細(xì)裂紋、結(jié)疤、折疊、非金屬夾雜、碳化物編析、非金屬夾雜物、白點(diǎn)、縮孔等； 2、加熱不當(dāng)產(chǎn)生的缺陷主要有：過熱、過燒、加熱裂紋、銅脆、脫碳、增碳等； 3、成形工藝不當(dāng)產(chǎn)生的缺陷主要有：大晶粒、晶粒不均勻、裂紋十字裂紋、外表龜裂、飛邊裂紋、分模面裂紋、孔邊龜裂等、鍛造折疊、穿流、帶狀組織等； 4、鍛后冷卻不當(dāng)產(chǎn)生的缺陷主要有：冷卻裂紋、網(wǎng)狀碳化物等； 5、鍛后熱處置工藝不當(dāng)產(chǎn)生的缺陷主要有：硬度過高或過低、硬度不均等。 .二、塑

4、性成形件質(zhì)量分析的普經(jīng)過程及分析方法 1塑性成形件質(zhì)量分析的普經(jīng)過程 塑性成形件的質(zhì)量問題能夠發(fā)生在塑性成形消費(fèi)過程中，但在熱處置、機(jī)械加工過程中或運(yùn)用過程中才反響出來。 能夠是由于某一消費(fèi)環(huán)節(jié)的忽略或工藝不當(dāng)而引起。 能夠是由于設(shè)計(jì)和選材不當(dāng)而呵斥。 對(duì)于由塑性成形件制成的零件在運(yùn)用過程中所產(chǎn)生的缺陷和損壞需求查明能否由塑性成形件本身質(zhì)量問題引起還需求弄清楚零件的運(yùn)用受力條件、任務(wù)部位與環(huán)境以及運(yùn)用維護(hù)能否得當(dāng)?shù)惹闆r。在排除了零件設(shè)計(jì)、選材、熱處置、機(jī)加工及運(yùn)用等方面的要素之后，才干集中力量從塑性成形件本身質(zhì)量上尋覓缺陷和損壞的產(chǎn)生緣由。 .塑性成形件中缺陷的構(gòu)成緣由也是多方面的，根據(jù)缺陷的

5、宏觀與微觀特征來判別是純屬塑性成形工藝要素引起還是與原資料質(zhì)量有關(guān)，是制定的工藝規(guī)程不合理還是執(zhí)行工藝不當(dāng)所致，確切的結(jié)論只需在經(jīng)過細(xì)致的實(shí)驗(yàn)分析后才干作出。 關(guān)于塑性成形件的缺陷表如今成形件外觀方面，如外部裂紋、折疊、折皺、未充溢或缺肉、壓坑等；表如今塑性成形件內(nèi)部，如各種低倍組織缺陷裂紋、發(fā)紋、疏松、粗晶、表層脫碳、非金屬夾雜、白點(diǎn)、偏析、樹枝狀結(jié)晶、縮孔、流線紊亂、有色金屬的穿流、粗晶環(huán)、氧化膜等；反映在微觀組織方面，如第二相的析出等；反映在成形件的性能方面，如室溫強(qiáng)度或塑性、韌性、疲勞性能等不合格，瞬時(shí)強(qiáng)度、耐久強(qiáng)度和耐久塑性、蠕變強(qiáng)度等高溫性能不符合運(yùn)用要求。.無論是表如今塑性成形件

6、外部的，或是表如今內(nèi)部和性能方面的質(zhì)量問題，它們之間在大多數(shù)情況下是互為影響的，往往是相互聯(lián)絡(luò)、伴隨產(chǎn)生并惡性循環(huán)。例如，過熱或過燒通常會(huì)呵斥晶粒粗大、鍛造裂紋、表層脫碳以及塑性、韌性等力學(xué)性能降低等質(zhì)量問題；材質(zhì)內(nèi)部有夾雜那么能夠引起內(nèi)部裂紋，內(nèi)裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)展與開展就能夠暴露為成形件外表裂紋。所以，在對(duì)塑性成形件質(zhì)量分析時(shí)，必需仔細(xì)地察看和分析缺陷的形狀和特征，查明質(zhì)量問題的真實(shí)緣由。.對(duì)塑性成形件進(jìn)展質(zhì)量分析的普經(jīng)過程是： l調(diào)查原始情況 調(diào)查原始情況應(yīng)包括：原資料、塑性成形工藝及熱處置工藝情況。在原資料方面，要弄清楚塑性成形件資料牌號(hào)、化學(xué)成分、資料規(guī)格和原資料質(zhì)量保證單上所載明的各項(xiàng)

7、實(shí)驗(yàn)結(jié)果，必要時(shí)還要弄清原資料的冶煉、加工工藝情況；在塑性成形工藝和熱處置工藝方面，要調(diào)查工藝規(guī)程的制定能否合理、加熱設(shè)備及加熱工藝能否正常、塑性成形操作能否得當(dāng)?shù)取? 2弄清質(zhì)量問題主要是查明塑性成形件缺陷部位、缺陷處的宏觀特征，初步確定是原資料質(zhì)量問題所起的缺陷還是塑性成形工藝或熱處置工藝本身呵斥的缺陷。 3實(shí)驗(yàn)研討分析是確定塑性成形件缺陷緣由的主要實(shí)驗(yàn)階段對(duì)有缺陷的成形件進(jìn)展取樣分析，確定其宏觀與微觀組織特征必要時(shí)還需作工藝參數(shù)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研討和分析產(chǎn)生缺陷的緣由。 4提出處理措施在明確成形件中產(chǎn)生缺陷緣由的根底上，結(jié)合消費(fèi)實(shí)踐提出預(yù)防措施及處理方法。. 2塑性成形件質(zhì)量分析的方法 塑性

8、成形件外表的質(zhì)量問題普通都與加熱和變形有關(guān)，如外表缺陷裂紋、折疊等，都有氧化皮存在，而其內(nèi)部的缺陷及性能不合格，皆與塑性成形過程中的熱力學(xué)要素有關(guān)。 分析方法： 低倍組織實(shí)驗(yàn)金相實(shí)驗(yàn)金屬變形流動(dòng)分析實(shí)驗(yàn)。破壞性實(shí)驗(yàn)，將待分析的缺陷成形件進(jìn)展解剖，從缺陷處取樣分析。 低倍組織實(shí)驗(yàn) 可以暴露成形件的宏觀缺陷，這類實(shí)驗(yàn)包括硫印實(shí)驗(yàn)、熱蝕和冷蝕酸浸實(shí)驗(yàn)、斷口實(shí)驗(yàn)等。 高倍組織 對(duì)于研討和分析缺陷的微觀特征、構(gòu)成機(jī)理有重要意義。. 金屬變形流動(dòng)分析實(shí)驗(yàn) 對(duì)分析裂紋、折疊和粗晶的構(gòu)成、流線的分布和穿流等有特殊意義。 在對(duì)塑性成形件質(zhì)量分析時(shí)，往往是將低倍組織實(shí)驗(yàn)、金相實(shí)驗(yàn)及金屬變形流動(dòng)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來同時(shí)

9、進(jìn)展，這樣才有能夠?qū)θ毕莸男再|(zhì)與構(gòu)成緣由有一個(gè)比較完好的認(rèn)識(shí)。 深化一步研討缺陷性質(zhì)和構(gòu)成機(jī)理的方法，可以借助透射型或掃描型電子顯微鏡以及電子探針。 在化學(xué)成分析方面，可借助新近出現(xiàn)的電子計(jì)算機(jī)控制的直接讀數(shù)的放射攝譜儀，配有計(jì)算機(jī)、自動(dòng)打字機(jī)和電視顯示的X射線熒光光譜儀以及其他新的檢測(cè)方法和儀器設(shè)備。這些先進(jìn)檢測(cè)儀器和設(shè)備的出現(xiàn)，表達(dá)了質(zhì)量分析方法向快速、準(zhǔn)確和高效率開展的特點(diǎn)。 . 對(duì)于某些重要的大型鍛件和軍工用大型鍛件，破壞性實(shí)驗(yàn)和常規(guī)的檢驗(yàn)分析技術(shù)已不能順應(yīng)技術(shù)開展的需求，必需采用特殊的非破壞性實(shí)驗(yàn)方法：常用的無損探傷方法主要有超聲波探傷、超聲波探傷運(yùn)用最廣泛，它用于檢驗(yàn)鍛件內(nèi)部缺陷。

10、浸透探傷：著色和熒光用于檢查鍛件外表缺陷。磁力探傷。著色和熒光用于檢查鍛件外表缺陷。 塑性成形件質(zhì)量分析方法的特點(diǎn)是：廣泛采用各種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)方法。要準(zhǔn)確地分析成形件質(zhì)量問題，有賴于正確的實(shí)驗(yàn)方法和檢測(cè)技術(shù)，同時(shí)要擅長(zhǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)展科學(xué)的分析與判別。破壞性實(shí)驗(yàn)是成形件質(zhì)量分析的主要方法。無損探傷這種非破壞性實(shí)驗(yàn)技術(shù)已日益顯示出它的優(yōu)越性，并將在塑性成形件質(zhì)量檢驗(yàn)與分析中占據(jù)應(yīng)有的位置。.第二節(jié) 塑性成形件中的空洞和裂紋 一、塑性成形件中的空洞 在金屬資料中，普通都存在各種各樣的缺陷，如疏松、縮孔、偏析、第二相和夾雜物質(zhì)點(diǎn)、雜質(zhì)等，這些缺陷，特別是夾雜物或雜質(zhì)質(zhì)點(diǎn)普通都處于晶界處。 帶有

11、這些缺陷的資料，在塑性成形中，當(dāng)施加的外載荷到達(dá)一定程度時(shí)，在應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)中，有夾雜物或第二相質(zhì)點(diǎn)等缺陷的晶界處，由于位錯(cuò)塞積或缺陷本身的分裂而構(gòu)成微觀空洞。 這些空洞隨外載荷的添加而長(zhǎng)大、聚集，最后構(gòu)成裂紋或與主裂紋銜接，從而導(dǎo)致成形件破壞。.鋼中MnS夾雜物界面強(qiáng)度往往很低，很容易在界面處分別而構(gòu)成空洞。比較脆的夾雜物，如硅酸鹽類夾雜物，其本身在外載荷作用下破裂而構(gòu)成空洞。第二相質(zhì)點(diǎn)與基體的膨脹系數(shù)不同時(shí)，在冷卻過程中，由于冷縮的差別，有能夠在其界面處構(gòu)成剩余應(yīng)力，這樣將更促進(jìn)界面處空洞的構(gòu)成。因此，空洞是塑性成形過程中普遍存在的組織變化。塑性成形過程中，在一定的外界條件下，就會(huì)出現(xiàn)空洞的形

12、核、長(zhǎng)大，繼而發(fā)生空洞的聚合或銜接，構(gòu)成裂紋。. 當(dāng)一定程度的空洞并呈細(xì)小而分散狀獨(dú)立存在時(shí)，對(duì)晶界滑動(dòng)是有利的，由于當(dāng)晶界滑動(dòng)到三角晶界處難于繼續(xù)進(jìn)展滑動(dòng)時(shí)，可借助空洞來松弛并增高塑性。 但假設(shè)資料內(nèi)部的空洞很多，或尺寸較大，就會(huì)存在大量的或較強(qiáng)的應(yīng)力集中區(qū)。由于這些應(yīng)力集中得不到及時(shí)的松弛，就必然導(dǎo)致應(yīng)力松弛的才干降低，從而大大限制了資料變形的才干。 另一方面，假設(shè)成形后的資料內(nèi)部存在大量空洞，特別是較大的V形空洞，就會(huì)嚴(yán)重地降低資料的強(qiáng)度和塑性，特別是斷裂韌性，這就會(huì)給成形零件特別是那些受力構(gòu)件的運(yùn)用可靠性帶來宏大的要挾。. 按空洞的外形，空洞大致可分為兩類：一類為產(chǎn)生于三晶粒交界處的楔

13、形空洞，或稱V形空洞，這類空洞是由應(yīng)力集中產(chǎn)生的；另一類為沿晶界，特別是相界產(chǎn)生的圓形空洞或稱O形空洞，它們的外形多半接近圓或橢圓。出現(xiàn)O形空洞的晶界或相界多半與拉應(yīng)力垂直。在帶坎的晶界上也會(huì)出現(xiàn)O形空洞。O形空洞可以看作是過飽和空位向晶界或相界匯流、聚集沉淀而構(gòu)成的。 .普通說來，在高應(yīng)力下易出現(xiàn)V形空洞，低應(yīng)力下易出現(xiàn)O形空洞。從能量的觀念看，這是由于在一樣的體積下V形空洞的外表積比O形的大，因此構(gòu)成能量與外表積成正比也大，需求較大的應(yīng)力。V形空洞一旦構(gòu)成后，由于其能量比O形在一樣體積下高，因此它力圖釋放一部分能量而轉(zhuǎn)變?yōu)镺形，這一轉(zhuǎn)變是在高溫下經(jīng)過分散過程來完成的。實(shí)驗(yàn)闡明，壓應(yīng)力和拉應(yīng)

14、力同樣可以產(chǎn)生空洞，切應(yīng)力比拉應(yīng)力更起作用。普通來說，在壓應(yīng)力作用下產(chǎn)生空洞比在拉應(yīng)力作用時(shí)要困難，特別是在高的球張量壓應(yīng)力下變形資料內(nèi)部不易出現(xiàn)空洞。相反，在高的球張量壓應(yīng)力下，使原有的空洞有能夠被壓合。. 二、塑性成形件中的裂紋 塑性成形過程中能產(chǎn)生裂紋 在塑性成形前如下料、加熱及塑性成形后如冷卻、切邊。校正都有能夠產(chǎn)生裂紋。 在不同的工序中所產(chǎn)生裂紋的詳細(xì)緣由及相應(yīng)的裂紋形狀也是不同的。 先構(gòu)成微觀裂紋，然后擴(kuò)展成宏觀裂紋。 在塑性成形中產(chǎn)生裂紋根本上有兩個(gè)方面 一是由于原資料中的缺陷，如各種冶金缺陷、夾雜物等； 二是屬于塑性成形本身的緣由，如加熱不當(dāng)、變形不當(dāng)或冷卻不當(dāng)?shù)?。上述兩方面?/p>

15、由又可歸結(jié)為力學(xué)要素和組織要素。.一塑性成形件中產(chǎn)生裂紋的緣由分析 l、構(gòu)成裂紋的力學(xué)分析 經(jīng)研討以為，對(duì)于一定的資料，宏觀破壞產(chǎn)生裂紋而斷裂的條件普通由下式給定：式中 ij應(yīng)力形狀； d應(yīng)變的積累； 變形速度； T 溫度； 拉斷極限應(yīng)力； 切斷極限應(yīng)力。.能否產(chǎn)生裂紋，與應(yīng)力形狀、變形積累、應(yīng)變速度及溫度等很多要素有關(guān)。其中應(yīng)力形狀主要反映力學(xué)的條件。物體在外力作用下，其內(nèi)部各點(diǎn)處于一定的應(yīng)力形狀，在不同的方位將作用有不同的正應(yīng)力及切應(yīng)力。 資料斷裂產(chǎn)生裂紋方式普通有兩種：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。至于資料產(chǎn)生何種破

16、壞方式，主要取決于應(yīng)力形狀，即正應(yīng)力與切應(yīng)力之比值，也與資料所能接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，以下一些情況，由外力作用能夠引起裂紋：彎曲和校直、脆性資料鐓粗、沖頭擴(kuò)孔、改動(dòng)、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，沿窄邊緊縮時(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)力而引起縱向開裂。. 鐓粗時(shí)軸向雖受壓應(yīng)力，但與軸線成45方向有最大切應(yīng)力。低塑性資料鐓粗時(shí)常易產(chǎn)生近45方向的斜裂。塑性好的資料鐓粗時(shí)那么產(chǎn)生縱裂，這主要是附加拉應(yīng)力引起的

17、。. 圓坯料在平砧上用小緊縮量滾圓時(shí)，會(huì)在垂直打擊的方向構(gòu)成拉應(yīng)力，而且心部最大。用滑移線實(shí)際計(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裂。. 對(duì)于高的圓柱體，緊縮時(shí)雖然同樣也有難變形區(qū)存在，但緊接著該區(qū)即有因變形而構(gòu)成的雙鼓，中部并不受拉應(yīng)力，這闡明工件外形和尺寸的不同引起了變形分布的不同，呵斥有時(shí)易構(gòu)成裂紋，有時(shí)又不易構(gòu)成裂紋。. 在平砧上拔長(zhǎng)矩形斷面坯料時(shí)，如送進(jìn)量過大，并在同一處反復(fù)重?fù)簦敲丛诮孛鎸?duì)角線處產(chǎn)生猛烈的切應(yīng)變，即在對(duì)角線上產(chǎn)生很大的交變切應(yīng)力，因此易構(gòu)成十字形裂紋。.2由附加應(yīng)力及剩余應(yīng)力引起的裂紋 當(dāng)附加應(yīng)力超越該部分資料強(qiáng)度極限時(shí)便引起裂紋。矩形斷面坯料拔長(zhǎng)時(shí)能

18、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L0.5h。.擠壓棒材時(shí)，由于受?？谀Σ磷枇τ绊懀韺咏饘倭鞯寐胁拷饘倭鞯每?，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)力仍以剩余應(yīng)力的方式留在工件內(nèi)部，這是產(chǎn)生延時(shí)開裂的主要緣由。.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)溫度不均勻呵斥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?？偟囊?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?？偟囊?guī)律是每一瞬間進(jìn)展添加比容的轉(zhuǎn)變區(qū)受壓應(yīng)力，進(jìn)展減少比容的轉(zhuǎn)

19、變區(qū)受拉應(yīng)力。. 2構(gòu)成裂紋的組織分析塑性成形中的裂紋普通發(fā)生在組織不均勻或帶某些缺陷的資料中。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普通產(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)生裂紋的組織要素。 l資料中由冶金和組織缺陷處應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋在原資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)力集中處較早到達(dá)金屬的屈服強(qiáng)度，引起塑性變形，當(dāng)變形量超越資料的極限變形程度和應(yīng)力超越資料的極限強(qiáng)度時(shí)便產(chǎn)生微觀裂紋，進(jìn)而開展成宏觀裂紋。.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

20、低熔點(diǎn)物質(zhì) 塑性成形過程中常見的銅脆、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、開展而構(gòu)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)生和開展。. 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)，首先是鐵素體部分變形，因此由于變形不均勻和由此產(chǎn)生的附加應(yīng)力，或鐵素體變形超越極限變形時(shí)，便在兩相交界處開裂。當(dāng)

21、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別而產(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)生裂紋的原那么措施 1塑性成形件中裂紋的鑒別 鑒別裂紋構(gòu)成的緣由，應(yīng)首先了解工藝過程，以便找出裂紋構(gòu)成的客觀條件 其次該當(dāng)察看裂紋本身的形狀然后再進(jìn)展必要的有針對(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，粗略地分析能夠是：1由于過燒

22、；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鍛件外表嚴(yán)重脫碳。 這可以從工藝過程調(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高時(shí)，那么有能夠是銅脆。從顯微組織上，銅脆開裂在晶界，且能找到亮的銅網(wǎng)。在單純過燒引起的晶界裂紋，在晶界處只能找到氧化物。應(yīng)力腐蝕開裂是在酸洗后出現(xiàn)，裂紋擴(kuò)展呈樹技狀形狀。. 裂紋與折疊的鑒別：可以從受力及變形的條件調(diào)查，亦可從低倍和高倍組織來區(qū)分。普通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。折疊的尾部普通呈圓角，而裂紋通常是尖的。 由縮孔剩余引起的裂紋通常是粗大而不規(guī)那么的。 2防止產(chǎn)生裂紋的原那么措施 裂

23、紋的產(chǎn)生與資料的塑性和受力情況有關(guān)。為防止裂紋的產(chǎn)生，總的原那么從提高變形體的塑性入手。防止產(chǎn)生裂紋的原那么措施從以下要素來思索： l添加靜水壓力。 2對(duì)選擇和控制適宜的變形溫度和變形速度。 3采用中間退火，以便消除變形過程中產(chǎn)生的硬化、變形不均勻、剩余應(yīng)力等。 4提高原資料的質(zhì)量。.三、塑性成形件中裂紋分析實(shí)例 由某鋼廠供應(yīng)的GH36合金餅坯，加熱后模鍛成渦輪盤鍛件。經(jīng)機(jī)械加工和腐蝕后，發(fā)現(xiàn)外表有許多細(xì)小裂紋。質(zhì)量分析：經(jīng)放大70倍檢查，裂紋短粗曲折。 .高倍察看，發(fā)現(xiàn)裂紋有大量呈塊狀或條狀分布的夾雜物，其中有的呈灰白色。因此可判別這種裂紋屬夾雜裂紋。這種非金屬夾雜物是合金冶煉時(shí)帶來的，它經(jīng)

24、變形拉長(zhǎng)，模鍛時(shí)在拉應(yīng)力作用下沿夾雜與金屬結(jié)合面構(gòu)成裂紋，熱處置后進(jìn)一步擴(kuò)展。 改良措施：加強(qiáng)對(duì)原資料檢查；對(duì)餅坯進(jìn)展超聲波探傷檢查；提高冶金質(zhì)量。. 第三節(jié)塑性成形件中的晶粒度 一、晶粒度的概念 晶粒度是表示金屬資料晶粒大小的程度，它是由單位面積內(nèi)所包含晶粒個(gè)數(shù)來衡量，也可用晶粒平均直徑大小來表示。 為了比較晶粒的大小，對(duì)各種資料都制定了晶粒度規(guī)范。例如對(duì)構(gòu)造鋼而言，冶金部規(guī)定了八級(jí)晶粒度規(guī)范YB2764，普通以為l4級(jí)為粗晶粒，58級(jí)為細(xì)晶粒。 鋼的晶粒度有兩種概念鋼的奧氏體本質(zhì)晶粒度:是將鋼加熱到930T，保溫適當(dāng)時(shí)間，冷卻后在室溫下放大100倍察看到的晶粒大小。鋼的奧氏體實(shí)踐晶粒度:是

25、指鋼加熱到某一溫度下獲得的奧氏體晶粒大小。.二、晶粒大小對(duì)力學(xué)性能的影響晶粒大小對(duì)金屬資料或零件的力學(xué)性能及理化性能帶來很大影響。所以在消費(fèi)實(shí)際中往往制定合理的工藝規(guī)程來控制晶粒的大小。 普通情況下，晶粒細(xì)化可以提高金屬資料的屈服強(qiáng)度s、疲勞強(qiáng)度-1、塑性、和沖擊韌度ak。降低鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度。由于晶粒越細(xì)，不同取向的晶粒越多，變形能較均勻地分散到各個(gè)晶粒，即可提高變形的均勻性，同時(shí)，晶界總長(zhǎng)度越長(zhǎng)，位錯(cuò)挪動(dòng)時(shí)阻力越大，所以能提高強(qiáng)度、塑性和韌性。. 鋼的室溫強(qiáng)度與晶粒平均直徑平方根的倒數(shù)成線關(guān)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： =0 kd-1/2 式中 鋼的強(qiáng)度MPa； 0常數(shù)，相當(dāng)于鋼單晶時(shí)的強(qiáng)度； K

26、 系數(shù)； d晶粒的平均直徑mrn。. 三、影響晶粒大小的主要要素 金屬經(jīng)熱變形并經(jīng)熱處置后的晶粒度，取決于加工再結(jié)晶、聚集再結(jié)晶和相變重結(jié)晶等過程。在加工再結(jié)晶過程中，影響晶粒大小的主要要素是再結(jié)晶溫度、再結(jié)晶中心的構(gòu)成和再結(jié)晶速度；而在聚集再結(jié)晶過程中，主要要素是聚集再結(jié)晶速度和晶間物質(zhì)的組成，晶間物質(zhì)對(duì)聚集再結(jié)晶的進(jìn)展起機(jī)械妨礙作用。對(duì)于熱加工過程來說，變形溫度、變形程度和機(jī)械妨礙物是影響形核速度和長(zhǎng)大速度的三個(gè)根本參數(shù)。下面就討論這三個(gè)根本參數(shù)對(duì)晶粒大小的影響。.1加熱溫度 加熱溫度包括塑性變形前的加熱溫度和固溶處置時(shí)的加熱溫度。 從熱力學(xué)條件來看，在一定體積的金屬中，晶粒愈粗，那么其總

27、的晶界外表積就愈小，總的外表能也就愈低。由于晶粒粗化可以減少外表能，使金屬處于自在能較低的穩(wěn)定形狀，因此，晶粒長(zhǎng)大是一種自發(fā)的變化趨勢(shì)，即細(xì)晶粒有自發(fā)變?yōu)榇志Я５内呄?。晶粒長(zhǎng)大主要經(jīng)過晶界遷移的方式進(jìn)展的，即大晶粒并吞小晶粒。要實(shí)現(xiàn)這種變化過程，需求原子有強(qiáng)大的分散才干，以完成晶粒長(zhǎng)大時(shí)晶界的遷移運(yùn)動(dòng)。溫度對(duì)原子的分散才干有重要的影響。隨著加熱溫度升高，原子特別是晶界的原子的挪動(dòng)、分散才干不斷添加，晶粒之間并吞速度加劇，晶粒的這種長(zhǎng)大可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成。所以，晶粒隨著溫度升高而長(zhǎng)大是一種必然景象。. 2變形程度 金屬資料經(jīng)塑性變形后，其內(nèi)部的晶粒遭到不同程度的變形和破碎，隨著變形程度的添加

28、，晶粒的變形和破碎程度也越嚴(yán)重，最后完全見不到完好的晶粒而成為纖維狀組織。假設(shè)將經(jīng)過不同程度冷變形的金屬，加熱到再結(jié)晶溫度以上，讓其產(chǎn)生再結(jié)晶，那么再結(jié)晶后所得到的晶粒大小與變形程度之間存在一定的關(guān)系。在一定溫度下，熱變形的晶粒大小與變形程度之間的關(guān)系，隨著變形程度從小到大，晶粒大小有兩個(gè)峰值，即出現(xiàn)兩個(gè)大晶粒區(qū)。第一個(gè)大晶粒區(qū)，叫做臨界變形區(qū)。在沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變和有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的合金中，普通都存在臨界變形區(qū)。在此臨界變形范圍內(nèi)，合金容易出現(xiàn)粗晶。不同資料，出現(xiàn)臨界變形區(qū)的值大小也不同。臨界變形區(qū)是屬于一種小變形量范圍。由于其變形量小，金屬內(nèi)部只是部分地域遭到變形。再結(jié)晶時(shí)這些遭到變形的部分地

29、域會(huì)產(chǎn)生再結(jié)晶中心，由于產(chǎn)生的中心數(shù)目不多，這些為數(shù)不多的中心已將不斷長(zhǎng)大直到它們相互接觸，結(jié)果獲得了粗大晶粒。 .當(dāng)變形量大于臨界變形程度時(shí)，金屬內(nèi)部均產(chǎn)生了較大的塑性變形，由于具有了較高的畸變能，因此再結(jié)晶時(shí)能同時(shí)構(gòu)成較多的再結(jié)晶中心，這些中心稍一長(zhǎng)大就相互接觸了，所以再結(jié)晶后獲得了細(xì)晶粒。 當(dāng)變形量足夠大時(shí)，出現(xiàn)第二個(gè)大晶粒區(qū)。該區(qū)的粗大晶粒與臨界變形時(shí)所產(chǎn)生的大晶粒不同。普通以為，該區(qū)是在變形時(shí)先構(gòu)成變形織構(gòu)，經(jīng)再結(jié)晶后構(gòu)成了織構(gòu)大晶粒所致。關(guān)于第二峰值出現(xiàn)大晶粒的緣由還能夠是： l由于變形程度大大于90以上，內(nèi)部產(chǎn)生很大熱效應(yīng)，引起鍛件實(shí)踐變形溫度大幅度升高； 2由于變形程度大，使那

30、些沿晶界分布的雜質(zhì)破碎并分散，呵斥變形的晶粒與晶粒之間部分地域直接接觸與織構(gòu)的區(qū)別在于這時(shí)相互接觸的晶粒位向差可以是比較大的，從而促使構(gòu)成大晶粒。. 3機(jī)械妨礙物 普通來說，金屬的晶粒隨著溫度的升高而不斷長(zhǎng)大。但有時(shí)加熱到較高溫度時(shí)，晶粒仍很細(xì)小，可以說沒有長(zhǎng)大。而當(dāng)溫度再升高一些時(shí)，晶粒忽然長(zhǎng)大。有些資料隨加熱溫度升高，晶粒分階段忽然長(zhǎng)大，而不是隨溫度升高成直線關(guān)系長(zhǎng)大。這是由于金屬資料中存在機(jī)械妨礙物，對(duì)晶界有針和作用，阻止晶界遷移的緣故。 機(jī)械妨礙物在鋼中可以是：氧化物如AIO3等氮化物如AlN、TiN等碳化物如 VC TiC等在鋁合金中可以是Mn、Ti、 Fe等元素及其化合物。. 機(jī)械

31、妨礙物的存在方式分兩類：一類是鋼在冶煉凝固時(shí)從液相中直接析出的，顆粒比較大，成偏析或統(tǒng)計(jì)分布；另一類是鋼凝固后，在繼續(xù)冷卻過程中從奧氏體晶粒內(nèi)析出的，顆粒非常細(xì)小，分布在晶界上。這二類物質(zhì)都起機(jī)械妨礙作用，但后一類要比前一類的妨礙作用大得多。 機(jī)械妨礙物一旦溶入晶內(nèi)時(shí)，晶界上就不存在機(jī)械妨礙作用了，晶粒便可立刻長(zhǎng)大到與其所處溫度對(duì)應(yīng)的尺寸大小。由于這些機(jī)械妨礙物質(zhì)溶入奧氏體晶粒內(nèi)時(shí)的溫度有高有低，存在鋼內(nèi)的數(shù)量有多有少，種類能夠是這一種或是幾種同時(shí)存在，這樣使晶粒忽然長(zhǎng)大的溫度與程度就有所不同。 第二相圖溶體也可以起機(jī)械妨礙作用，阻止晶粒長(zhǎng)大。例如，一些鐵素體型不銹鋼，特別是高鉻類型的不銹鋼，

32、參與少量鎳或錳，能構(gòu)成少量奧氏體涸溶體，能使作為基體的鐵素體晶粒不易長(zhǎng)大，從而提高了資料的韌性。 對(duì)晶粒度的影響，除以上三個(gè)根本要素外 還有變形速度、原始晶粒度和化學(xué)成分等。. 四、細(xì)化晶粒的主要途徑 l在原資料冶煉時(shí)參與一些合金元素如鉭、鍺、鑰、鎢、釩、鈦等及最終采用鋁、鈦等作脫氧劑它們的細(xì)化作用主要在于：當(dāng)液態(tài)金屬凝固時(shí)，那些高熔點(diǎn)化合物起彌散的結(jié)晶中心作用，從而保證獲得極細(xì)晶粒。此外，這些化合物同時(shí)又都起到機(jī)械妨礙作用，使已構(gòu)成的細(xì)晶粒不易長(zhǎng)大。 2采用適當(dāng)?shù)淖冃纬潭群妥冃螠囟仍谠O(shè)計(jì)模具和選擇坯料外形、尺寸時(shí)，既要使變形量大于臨界變形程度，又要防止出現(xiàn)因變形程度過大而引起的猛烈變形區(qū)，并且模鍛時(shí)應(yīng)采用良好的光滑劑，以改善金屬的流動(dòng)條件，獲得均勻變形。鍛件的晶粒度主要取決于終鍛溫度下的變形程度。 另外，有些資料變形后晶粒尚未來得及長(zhǎng)大時(shí)馬上就快冷，也可以得到細(xì)晶粒。 3采用鍛后正火或退火等相變重結(jié)晶的方法必要時(shí)利用奧氏體再結(jié)晶規(guī)律進(jìn)展高溫正火來細(xì)化晶粒。.五、鍛件粗晶分析實(shí)例 坯