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(jìn)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(jìn)行了壓縮試驗(yàn)。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(jì)算并繪出相應(yīng)的等效應(yīng)變分布。可看出，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(xì)觀觀察所得到的結(jié)果進(jìn)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(jìn)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(xì)觀裂紋在擴(kuò)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(jìn)進(jìn)了其擴(kuò)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(kuò)展過程。

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