在塑性成形过程中,金属表面或内部经常出现裂纹,甚至导致锻件断裂或报废。因此,有必要研究裂纹现象的物理本质和影响裂纹的各种因素,从而进一步提高金属的塑性变形性能,防止工件的开裂。根据断裂前的变形情况,断裂可分为脆性断裂和韧性断裂。脆性断裂在断裂前无塑性变形或仅有轻微的塑性变形,断口较平坦,稍有光泽;韧性断裂在断裂前有明显的塑性变形,断口呈纤维状,呈暗色,无光泽。本文章研究的材料为42CrMo钢,其断裂形式为韧性断裂。因此,除非另有规定,否则以下为韧性断裂。
金属的延性断裂一般是指金属材料在外载荷作用下发生剧烈塑性变形后,产生微裂纹、微空洞等微缺陷,这些微空洞会形核、长大、收敛,导致材料的逐渐劣化。当应变达到一定程度时,最终会导致材料的宏观断裂。断裂的主要特征是明显的宏观塑性变形,如容器过度鼓包、锻件过度伸长或弯曲等,断裂尺寸与原尺寸相比变化较大。大多数晶体金属的韧性断裂有三个明显的阶段。首先,工件出现明显的“颈缩”现象,然后在“颈缩”区域出现微分散空洞。随着应变的增大,微空洞开始长大、聚集,并逐渐发展为裂纹。裂纹沿剪切面扩展到工件表面,最终导致工件断裂。
目前,塑性加工中虽然普遍存在韧性断裂,但相关理论有待完善。金属材料在塑性变形过程中,由于加工方法和工艺参数的不同,会发生不同形式的韧性断裂。一般来说,常见的韧性断裂具有以下特点:在工件开裂之前,整个断裂过程是一个能量吸收过程,需要消耗大量的能量;在微空洞和微裂纹的生长和聚合过程中,会产生新的空洞和扩展,因此韧性断裂是一个复杂的过程断裂一般以多处断裂为特征,随着应变的增加,孔隙和裂纹不断形成和聚集,但当变形量不增加时,裂纹扩展立即停止。
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