裂纹原因分析

《裂纹原因分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、.-裂纹裂纹是锻压生产中常见的主要缺陷之一，通常是先形成微观裂纹，再扩展成宏观裂纹。锻造工艺过程（包括加热和冷却）中裂纹的产生与受力情况、变形金属的组织结构、变形温度和变形速度等有关。锻造工艺过程中除了工具给予工件的作用力之外，还有由于变形不均匀和变形速度不同引起的附加应力、由温度不均匀引起的热应力和由组织转变不同时进行而产生的组织应力。    应力状态、变形温度和变形速度是裂纹产生和扩展的外部条件；金属的组织结构是裂纹产生和扩展的内部依据。前者是通过对金属组织及对微观机制的影响而对裂纹的发生和扩展发生作用的。全面分析裂纹的成因应当综合地进行力学和组织的分析。    （一）形成裂纹的力学分析

2、    在外力作用下物体内各点处于一定应力状态，在不同的方位将作用不同的正应力及切应力。裂纹的形式一般有两种：一是切断，断裂面是平行于最大切应力或最大切应变；另一种是正断，断裂面垂直于最大正应力或正应变方向。    至于材料产生何种破坏形式，主要取决于应力状态，即正应力σ与剪应力τ之比值。也与材料所能承受的极限变形程度εmax及γmax有关。例如，①对于塑性材料的扭转，由于最大正应力与切应力之比σ/τ=1是剪断破坏；②..word.zl-.-对于低塑性材料，由于不能承受大的拉应变，扭转时产生45°方向开裂。由于断面形状突然变化或试件上有尖锐缺口，将引起应力集中，应力的比值σ/τ有很大变化，例

3、如带缺口试件拉伸σ/τ=4，这时多发生正断。    下面分析不同外力引起开裂的情况。    1.由外力直接引起的裂纹    压力加工生产中，在下列一些情况，由外力作用可能引起裂纹：弯曲和校直、脆性材料镦粗、冲头扩孔、扭转、拉拔、拉伸、胀形和内翻边等，现结合几个工序说明如下。    弯曲件在校正工序中（见图3-34）由于一侧受拉应力常易引起开裂。例如某厂锻高速钢拉刀时，工具的断面是边长相差较大的矩形，沿窄边压缩时易产生弯曲，当弯曲比较严重，随后校正时常常开裂。    镦粗时轴向虽受压应力，但与轴线成45°方向有最大剪应力。低塑性材料镦粗时常易产生近45°方向的斜裂（见图片8-355）。塑性好的

4、材料镦粗时则产生纵裂，这主要是附加应力引起的。    工件的几何形状对应力分布有明显影响。例如，拉伸试棒在缩颈形成前各处可以视为受均匀的单向拉应力，一旦形成缩颈后，缩颈表面就受三向拉应力；镦粗时也有类似的情况，只是应力的符号相反。图3-34拔长时表面纵向裂纹形成过程示意图图片8-355MB2镁合金锻件表面裂纹    我们曾经对图3-35所示的凹凸两种试样进行镦粗。镦粗后在凸形的试样上出现45°剪裂（见图3-35b）。其主要原因是由于沿表层分布的力除沿轴向对两者都有压应力外，对于凹形试件还有径向应力分量（压应力）产生，而对于凸试件则由于存在径向压应力而产生切向拉应力，前者对表层纵向开裂起阻止作

5、用，后者对表层纵向开裂起促进作用。生产上采用铆镦的方法锻高速钢，从力学上分析也是利用中凹的工件，使镦粗时不易出现纵裂。  ..word.zl-.-    另外，矩形断面毛坯在平砧下拔长时产生的对角线裂纹也是切应力引起的。    2.由附加应力及残余应力引起的裂纹    压力加工生产中，大多数裂纹都是由附加应力作用产生的，附加应力主要是由两种原因引起的。①变形不均匀；②变形时金属流速不均匀。结合几个典型工序介绍如下：    （1）由变形不均匀引起的附加应力    一般材料镦粗时侧表面产生纵向裂纹，是由于表面受切向拉应力作用的结果，而这种切向拉应力是由于镦粗时变形不均匀引起的附加应力。镦粗时中心

6、区（Ⅱ）的变形大，而周边区（Ⅲ区）的变形较小，Ⅱ区金属向外流动时，便使Ⅲ区金属沿切向受附加拉应力（见第四章图4-1）。    拔长时，当送进量l相对于坯料的高度较小时（l＜0.5h＝，这时变形区成双鼓形，中间部分锻不透，被上下部分金属强制延伸而受拉应力（见第四章图4-12），易弓l起锻件内部横向裂纹（见图4-8d）。这在大型锻件锻造中是常见的。冲孔时，冲头下面的A区金属（见第四章图4-31）向外流动时，使B区金属沿切向受附加拉应力作用，常引起表面纵向裂纹（见图4-30）。 图3-35 凹形和凸形试样镦粗时的受力情况和开裂形式    （2）由流速不均引起的附加应力       挤压棒材时，由于

7、受模口摩擦阻力影响，表层金属流得慢，中部金属流动很快，外表层受拉，中部金属受压，在表层易引起横裂（见图3-36）。附加应力在外力消除后，仍以残余应力的形式留在工件内部，这是产生延时开裂的主要原因。如挤压后的黄铜棒，在潮湿的空气中，常由于应力腐蚀而产生开裂。  ..word.zl-.-图3-36棒料挤压时的附加应力分布情况    3.由温度应力及组织应力引起的裂纹   ..word.zl-.-    当加热或冷