大型鍛件夾雜性裂紋的形成
大型鍛件夾雜性裂紋的形成
我們知道,鋼錠中存在的各種夾雜物是產(chǎn)生大型鍛件內(nèi)部質(zhì)量題目的重要原因,隨鍛件和鋼錠單重的增加,矛盾更加突出。然而,對夾雜物在塑性變形過程中的行為、夾雜物與夾雜性裂紋之間的關(guān)系等題目較深進的分析研究則十分缺乏。
為了解塑性夾雜對金屬基體變形的影響,我們用含塑性夾雜和不含夾雜的模型試樣在有再結(jié)晶和無再結(jié)晶的變形條件下進行了壓縮試驗。當(dāng)變形程度為15%時,所得到的云紋照片。在不含塑性夾雜的變形體內(nèi),云紋的分布基本上是均勻等距的,即變形是均勻分布的;而在同樣的變形條件下,在夾雜物的頂端部位,與水平軸大約成45°角的方向云紋則較為密集,而其它部位則相對變得稀疏。當(dāng)出現(xiàn)再結(jié)晶時,這種情況愈加嚴(yán)重,變形不均勻的程度迅速增加。
由云紋圖,計算并繪出相應(yīng)的等效應(yīng)變分布??煽闯?,在無夾雜的模型試樣中,等效應(yīng)變的數(shù)值均在0.1~0.2之間,且分布均勻;而當(dāng)試樣中含有夾雜時,在夾雜物的鄰近區(qū)域內(nèi),等效應(yīng)變的局部集中現(xiàn)象較明顯,應(yīng)變梯度增大,在與夾雜物水平軸成45°角的方向有大塑性變形區(qū)的延伸;當(dāng)有再結(jié)晶時,不僅有明顯的剪切帶出現(xiàn),而且剪切帶的范圍及等效應(yīng)變的數(shù)值也加大。
將上述結(jié)果和對裂紋尖端塑性變形的微細觀觀察所得到的結(jié)果進行了對比,可以以為,夾雜物頂真?zhèn)€應(yīng)變分布與裂紋頂端鈍化后的應(yīng)變分布基本上是一致的。根據(jù)滑移線理論可以解出,在夾雜物頂真?zhèn)€前沿方向,應(yīng)力值滿足將所得到的物理現(xiàn)象與上式進行綜合分析,可得到下述結(jié)論:
1)因塑性夾雜物被壓扁在金屬基體內(nèi)部產(chǎn)生一個應(yīng)力、應(yīng)變集中區(qū)(影響區(qū)),這個區(qū)域的影響范圍為:在夾雜物頂端前沿方向大約為夾雜物厚度2Rb的兩倍;
2)應(yīng)力集中的峰值僅與材料本身的特性參數(shù)k及施加于此處的單位變形力有關(guān);
3)若施加于夾雜物區(qū)域的靜水壓力值不夠大,將會在夾雜物頂真?zhèn)€應(yīng)力、應(yīng)變集中區(qū)內(nèi)產(chǎn)生產(chǎn)水平方向的拉應(yīng)力,即σx>0;
4)大剪切應(yīng)力的作用方向在影響區(qū)的頂端與水平軸成45°角的方向,即大剪應(yīng)力方向。
這些表觀現(xiàn)象,符合微細觀裂紋在擴展階段的行為。因而可以以為:在塑性變形的過程中,塑性夾雜物在開始變形的瞬時,即由微裂紋的萌生進進了其擴展階段。夾雜物被壓扁的過程,可看作裂紋尖端鈍化了的微裂紋的擴展過程。
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