金屬材料熱加工裂紋與控制技術(shù)分析

羅亞東 陳海洋

摘要：作為工業(yè)生產(chǎn)主要材料，金屬材料加工質(zhì)量會直接影響到整體生產(chǎn)效果，是工業(yè)生產(chǎn)管控重點內(nèi)容之一。為進(jìn)一步提升金屬材料加工質(zhì)量，降低熱加工裂紋問題影響程度，領(lǐng)域?qū)W者加大了對材料熱加工裂紋及其控制技術(shù)的研究力度。為獲得理想研究效果，學(xué)者在對加工裂紋以及控制技術(shù)展開研究之前，需要先明確金屬材料性能和熱加工技術(shù)間的關(guān)系，以為后續(xù)研究提供支持。

關(guān)鍵詞：金屬材料;熱加工裂紋;控制技術(shù)

金屬材料是我國工業(yè)生產(chǎn)的主要材料，在材料使用過程中，往往會遇到材料裂紋問題。作為宏觀裂紋的發(fā)展過程，微裂紋演化在金屬構(gòu)件使用壽命中，基本占其壽命的80%。若在此階段，有意識地對金屬材料進(jìn)行修復(fù)處理與保養(yǎng)，將有效延長金屬構(gòu)件的使用壽命，并達(dá)到節(jié)約資源、降低能耗的目的。

一、金屬材料熱加工裂紋產(chǎn)生機(jī)理

金屬材料熱加工技術(shù)主要包括5部分，即鑄造、鍛壓、焊接、軋鋼、熱處理。傳統(tǒng)力學(xué)與材料學(xué)理論認(rèn)為，裂紋是由形核、擴(kuò)展、微裂紋聚合直到斷裂，是一個不可逆的熱力學(xué)過程。為此，在金屬材料生產(chǎn)、使用、維護(hù)及損傷容限評估等方面，人們都假定微裂紋發(fā)展的必然趨勢便是斷裂。但是，從另一個角度來講，任何成份與結(jié)構(gòu)不均質(zhì)，如含有微裂紋的材料，在熱力學(xué)允許條件下，都會向均勻化趨勢發(fā)展，這也是熱力學(xué)的根本原理。因此，金屬材料熱加工裂紋產(chǎn)生的機(jī)理可看做是在擴(kuò)散力作用下，金屬原子定向、宏觀的遷移，產(chǎn)生裂紋后，將降低系統(tǒng)化學(xué)自由焓。

二、金屬材料性能和熱加工技術(shù)間的關(guān)系

2.1材料切割與熱加工預(yù)熱

在對金屬材料實施切割時，需要按照金屬材料自身所具有的各項特性，對切割工具展開選擇，以便獲得最佳切割效果。同時在進(jìn)行切割時，由于施工現(xiàn)場相關(guān)環(huán)境會對金屬材料光澤以及變形等情況產(chǎn)生影響，所以需要做好熱加工工藝選擇，要按照具體情況科學(xué)展開預(yù)熱處理，以為后續(xù)材料切割順利開展奠定良好基礎(chǔ)。合理的材料熱處理，可妥善解決切割環(huán)節(jié)刀具粘連問題，能夠達(dá)到切實提升切割精準(zhǔn)度以及效率的目標(biāo)，可切實強(qiáng)化金屬零部件質(zhì)量與性能。

2.2材料耐久性與熱加工應(yīng)力

在長時間外力作用或腐蝕條件影響之下，金屬材料會因為熱加工應(yīng)力作用而出現(xiàn)開裂或腐蝕等問題，此時需要結(jié)合材料自身耐久性以及熱加工應(yīng)力等特征，對兩者間內(nèi)在聯(lián)系展開分析。在多數(shù)情況下，兩者之間關(guān)聯(lián)密切程度極高，想要徹底解決熱加工剩余應(yīng)力對于材料的負(fù)面影響，可通過提升材料耐久性以及質(zhì)量的方式達(dá)到相應(yīng)控制效果[2]。

2.3材料疲勞性與熱加工溫度

材料熱處理操作需要結(jié)合整體施工過程以及熱處理工藝等相關(guān)內(nèi)容，要通過綜合分析達(dá)到有效提高金屬產(chǎn)品性能以及質(zhì)量水平的目標(biāo)。在經(jīng)過高溫處理后，如果可在短時間內(nèi)對其展開冷卻處理，可使材料承受應(yīng)力逼臨界值，此時材料很容易會出現(xiàn)斷裂問題，所以在實際操作時需要做好熱處理溫度把控，以防發(fā)生材料斷裂狀況。

三、熱加工裂紋影響因素和裂紋控制技術(shù)

3.1影響裂紋的因素

可能影響裂紋的因素有很多，銅管的倒錐度與結(jié)晶器冷卻可能會影響裂紋。如果銅管錐度的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值超標(biāo)，則在鑄坯運動的進(jìn)行過程中會產(chǎn)生較大的摩擦力，從而影響銅管的表面質(zhì)量。同時要控制好結(jié)晶器的水量，否則可能會對鑄坯初生坯殼造成影響。二次冷卻強(qiáng)度也可能會導(dǎo)致裂紋。通過實際操作我們發(fā)現(xiàn)，造成表面裂紋的主要原因是結(jié)晶器。當(dāng)存在裂紋的結(jié)晶器產(chǎn)品處于二次冷區(qū)環(huán)境中時，如果冷卻強(qiáng)度比較大，就會因為鑄坯熱應(yīng)力的影響加劇裂紋程度。鑄坯矯直壓力與溫度在張力作用下，在脆化溫度區(qū)中進(jìn)行鑄坯也會容易產(chǎn)生橫裂紋現(xiàn)象。在進(jìn)行鋼脆性溫度矯直處理時，二冷制度的問題也會導(dǎo)致不同程度的裂紋現(xiàn)象。如果矯直力數(shù)值超過了鑄坯應(yīng)變的相應(yīng)數(shù)值，便會容易出現(xiàn)矯直裂紋問題。

3.2保護(hù)渣性能的保障作用

保護(hù)渣性能問題也會影響熱加工裂紋和控制技術(shù)，主要包括以下方面：如果保護(hù)渣較高，同時在結(jié)晶器壁和鑄坯間的流入渣量又相對較少，若液渣膜厚度存在不達(dá)標(biāo)的情況，沒有達(dá)到很好的潤滑效果，就會導(dǎo)致振痕扭曲或混亂，造成皮下部分裂紋等問題。在鑄坯運動過程中，如果產(chǎn)生定量的摩擦力，還會導(dǎo)致凝固坯殼的溫度出現(xiàn)不斷上升的狀況。這樣不僅會使坯殼粘黏在結(jié)晶器壁之上，還會在鑄坯表面生成裂紋。保護(hù)渣導(dǎo)熱性能也要達(dá)標(biāo)，否則會在而冷卻階段產(chǎn)生不均勻的情況，形成一定量的拉應(yīng)力對鑄坯形成不良影響，導(dǎo)致黏渣鑄坯處出現(xiàn)裂紋。

3.3裂紋控制技術(shù)的具體辦法

對銅管錐度和水量的調(diào)整要按照錐度的實際情況以及水量進(jìn)行分析后適當(dāng)調(diào)節(jié)。對于二冷強(qiáng)度的調(diào)控實施，要保證溫度在1000攝氏度以上時進(jìn)行，控制矯直前溫度，以保證順利避開脆性溫度區(qū)，同時還要確保鑄坯表面溫度控制在合理范圍之內(nèi)。還要降低拉胚速度，優(yōu)化振動參數(shù)實，合理調(diào)整振動頻率、拉速以及振幅確保符合要求，有效控制振痕的深度的，以便實現(xiàn)降低角部裂紋的概率。優(yōu)化處理結(jié)晶器保護(hù)渣，由于高碳合金結(jié)構(gòu)鋼材料內(nèi)部中合金元素相對較高，如果要增強(qiáng)保護(hù)渣性能，就必須保證具備良好的同化雜物能力，吸收能力也要達(dá)到相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求。

結(jié)語：

伴隨社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國工業(yè)化程度越來越高。金屬材料是工業(yè)應(yīng)用最多的材料之一，僅純金屬材料，在自然界就有70多種，如鐵、銅、金等，而合金材料更多，此類材料不僅具備金屬特性，同樣也具有其他屬性，使用量大，且應(yīng)用范圍較廣。當(dāng)前種類繁多的金屬材料已成為人類社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，與社會發(fā)展、經(jīng)濟(jì)增長關(guān)系密切。在金屬材料熱加工過程中，由于多種因素的影響，極易產(chǎn)生裂紋問題，此時若不及時加以處理，甚至?xí)霈F(xiàn)斷裂現(xiàn)象，造成極大損失?；诖?，必須重視金屬材料裂紋問題，采取措施有效解決。

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作者簡介：羅亞東漢族籍貫甘肅省定西市1998.12.25金屬材料工程專業(yè)

（遼寧科技學(xué)院?遼寧?本溪?117004）