金屬組織對車輪鍛件鍛造裂紋發(fā)生和發(fā)展的影響
下面對組織和性能不均的材料，具體分析金屬組織對鍛造裂紋發(fā)生和發(fā)展的影響。
1.微觀裂紋的產(chǎn)生
鍛造過程中金屬組織狀況對微觀裂紋的產(chǎn)生主要有下列三種情況。
1)冶金和組織缺陷應(yīng)力集中。在原材料的冶金和組織缺陷處，如疏松、夾雜物等的尖角處，車輪鍛件在外力作用下發(fā)生應(yīng)力集中；在第二相和基體相交界處，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)到金屬的屈服點(diǎn)，引起塑性變形，當(dāng)變形量超過材料的極限變形程度和應(yīng)力超過材料的極限強(qiáng)度時(shí)便產(chǎn)生微觀裂紋。
2)第二相及夾雜物本身的強(qiáng)度低和塑性差。第二相及夾雜物本身強(qiáng)度低，塑性差，受外力或微量變形時(shí)即產(chǎn)生開裂。
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。在此種情況下，微觀裂紋往往產(chǎn)生在它們交界處，這是他們之間鉆合力較弱的緣故。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產(chǎn)生了附加應(yīng)力，常常在奧氏體與鐵素體的交界處產(chǎn)生微觀裂紋而后擴(kuò)展)。
2.微觀裂紋的擴(kuò)展
斷裂過程是沿著能量降低的方向，遵循阻力最小的途徑進(jìn)行的。裂紋擴(kuò)展的阻力由裂紋前緣金屬的性能和微觀的斷裂機(jī)制來決定。應(yīng)力狀態(tài)、溫度、應(yīng)變速度及介質(zhì)對裂紋擴(kuò)展的阻力有一定影響。它們是通過對性能和斷裂機(jī)制的影響來影響裂紋擴(kuò)展阻力的。
裂紋前緣金屬的韌性愈好，則裂紋擴(kuò)展的阻力愈大。韌性是斷裂過程所需能量的參量，而這種能量取決于材料的強(qiáng)度和塑性，它是材料強(qiáng)度和塑性的綜合表現(xiàn)。在保證一定強(qiáng)度的前提下提髙高塑性，對提高韌性和裂紋擴(kuò)展的阻力具有重要的影響。
因此，熱鍛過程中，在均勻受力的情況下，裂紋主要沿著強(qiáng)度低和塑性差的“弱區(qū)”(晶界和結(jié)合力弱的相界面等）擴(kuò)展。“弱區(qū)”的性能主要取決于第二相及夾雜物的性能、形狀和分布特點(diǎn)。“弱區(qū)”的強(qiáng)度愈低，塑性愈差，則擴(kuò)展的速度愈快。在具有纖維組織或帶狀組織的鍛坯中，裂紋較易沿纖維方向或帶的方向開裂。
3.宏觀裂紋的擴(kuò)展
上面所論述的是微觀裂紋的擴(kuò)展途徑，而鍛件上宏觀裂紋的實(shí)際走向是由受力情況和材料的組織情況二者決定的。而且，總的趨勢（方向）是由受力情況決定的。例如當(dāng)二相呈細(xì)小均勻分布時(shí)，宏觀裂紋的擴(kuò)展方向往往與正應(yīng)力的垂直方向或切應(yīng)力的方向一致。當(dāng)夾雜物集中在金屬的某些地區(qū)并呈條帶狀分布時(shí)，條帶方向便是裂紋擴(kuò)展阻力最小的方向。例如在鐓粗變形時(shí)常常可以觀察到與主拉應(yīng)力的垂 直方向及最大剪應(yīng)力方向不完全一致的情況。
