對金屬熱處理殘余應(yīng)力與開裂失效關(guān)系的探討

劉葉

【摘要】近幾年來，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國的整個社會也取得了長足的進(jìn)步，人們對于工業(yè)以所使用的基本材料的整體需求也在不斷的提升，所以對于材料的選擇以及處理在整個工程實(shí)際中占據(jù)著重要的意義。金屬材料在整個工程中應(yīng)用的是非常廣泛的，要想使金屬材料能夠很好地取得應(yīng)有的效果，就需要根據(jù)實(shí)際情況，對金屬的人處理工藝進(jìn)行良好的執(zhí)行，認(rèn)真的了解金屬在整個的熱處理過程中，所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力與開裂失效的接班內(nèi)在關(guān)系，進(jìn)而在整個工程的實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)揮出更加出色的性能，為工程的實(shí)際做出應(yīng)有的價值和意義。本文就金屬材料的基本熱處理與開裂失效的基本關(guān)系進(jìn)行了充分合理的闡述，希望對同行業(yè)的企業(yè)有一定的幫助作用。

【關(guān)鍵詞】金屬熱處理；殘余應(yīng)力；開裂失效；關(guān)系；探討

1、金屬材料的基本熱處理

金屬材料一般情況下不能夠直接進(jìn)行合理的工程應(yīng)用，都需要進(jìn)行一定的熱處理等基本方式，通過熱處理就能夠使得金屬的整體材料具有很高的強(qiáng)度，對整體的金屬質(zhì)量是一個很大的提升過程，這就會對金屬材料的基本需求得到很好的滿足，同時也能夠很出色的提升金屬材料的整體壽命以及性能。在通常的情況下，更具具體的實(shí)際工程需要，對金屬材料放置在經(jīng)過特殊處理和設(shè)定的介質(zhì)之中，通過一定時間的加熱過程，保持一定的溫度，持續(xù)一段時間之后，然后根據(jù)具體的實(shí)踐需要，在通過不同介質(zhì)中進(jìn)行合理的冷卻過程，經(jīng)過這樣一個合理的過程之后，金屬材料就會獲得比較良好的性能，其內(nèi)部以及表面的基本結(jié)構(gòu)就會獲得很好的性能提升，提升金屬材料在實(shí)際工程中的應(yīng)用價值和意義。通過金屬材料的基本熱處理工藝，能夠?qū)饘俨牧系募庸ぞ纫约扒邢鞯男阅苡泻艽蟮奶嵘Ｆ浯?，這種熱處理的基本工藝還能夠?qū)饘俨牧系恼w斷裂的韌性有很大的提升，同時能夠?qū)饘俨牧显谌粘５氖褂弥兴赡艹霈F(xiàn)的開裂問題進(jìn)行比較充分的處理和完善，使得金屬材料的應(yīng)用更加完善合理。

提高金屬材料的切削性能和加工精度。在傳統(tǒng)的金屬工件的毛坯和半成品的切削過程中，由于切削刀具、切削溫度和切削條件的不同，導(dǎo)致金屬工件的變形程度也不同。屬材料就會獲得比較良好的性能，其內(nèi)部以及表面的基本結(jié)構(gòu)就會獲得很好的性能提升，提升金屬材料在實(shí)際工程中的應(yīng)用價值和意義。通過金屬材料的基本熱處理工藝，能夠?qū)饘俨牧系募庸ぞ纫约扒邢鞯男阅苡泻艽蟮奶嵘Ｆ浯?，這種熱處理的基本工藝還能夠?qū)饘俨牧系恼w斷裂的韌性有很大的提升，同時能夠?qū)饘俨牧显谌粘５氖褂弥兴赡艹霈F(xiàn)的開裂問題進(jìn)行比較充分的處理和完善，通過預(yù)熱處理，可以消除或減少加工過程所致的材料缺陷，從而確保材料的切削性能，提高金屬材料的加工精度。與此同時，還能夠根據(jù)實(shí)際的工程情況對金屬的整體斷裂韌性進(jìn)行很好的保證。

金屬材料的表面熱處理工藝還能夠?qū)饘俨牧系恼w開裂情況進(jìn)行很大程度的完善和改進(jìn)，在面對具有很大腐蝕性的環(huán)境，能夠通過合理的熱處理方式，對受到一定拉伸作用的金屬材料進(jìn)行合理的處理，使得金屬材料的脆性以及斷裂性得到很大程度的緩解，避免出現(xiàn)破壞性的損壞，從而避免會影響金材料的抗疲勞能力、抗開裂能力以及形狀尺寸的穩(wěn)定性等，。這里所提到的拉伸應(yīng)力大部分來自于金屬熱處理中的殘余應(yīng)力。

2、金屬在熱處理中的殘余應(yīng)力

在進(jìn)行金屬材料的熱處理工藝中，存在著加熱以及最終的冷卻過程，其最終會使得金屬的材料具有很好的性能以及品質(zhì)，但是在最終也會引起很明顯的應(yīng)力應(yīng)變的基本變化，這是由溫差變化所引起的。在金屬材料進(jìn)行一定的熱處理之后，產(chǎn)生的熱應(yīng)力會與相變的應(yīng)力產(chǎn)生一定的疊加狀態(tài)，這就會產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力，即內(nèi)應(yīng)力。殘余應(yīng)力會使得金屬材料法發(fā)生一定的變化，這是金屬材料出現(xiàn)不穩(wěn)定的基本因素之一，會對金屬材料的基本抗疲勞的強(qiáng)度和能力產(chǎn)生不利的影響，同時其還對金屬材料的抵抗開裂的能力產(chǎn)生很大的影響，這都造成了金屬材料出現(xiàn)嚴(yán)重不穩(wěn)定的結(jié)果。綜合上述內(nèi)容可以得知，金屬材料在經(jīng)過熱處理所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力需要在一定的基本條件下釋放出來，只有這樣才能夠使得整個金屬材料的壽命得到很大的提升。

3、殘余應(yīng)力與開裂的基本關(guān)系

在金屬材料進(jìn)行熱處理的基本過程中，會在不同程度上產(chǎn)生材料的局部以及微小的損傷，這種損傷盡管很微小，但是會對整個金屬材料的應(yīng)用產(chǎn)生很大的不利影響，這就會直接造成材料的不穩(wěn)定性，在實(shí)際的工程應(yīng)用中就會出現(xiàn)或大或小的問題，對金屬材料的基本壽命造成很大的影響。殘余應(yīng)力的存在會對整個金屬材料的開裂造成很大的可能性，其具有很多的原因。在諸多的影響因素中，拉應(yīng)力的影響是非常明顯的，拉應(yīng)力的影響是巨大的，其會使得金屬材料發(fā)生一定的開裂現(xiàn)象。殘余應(yīng)力的體系盡管是有害的，但是其也是具有一個比較突出的臨界值，當(dāng)超過這個臨界值的時候，就會有可能使得金屬材料發(fā)生一定的開裂情況，對于不銹鋼之外的金屬材料，在正常的情況之下，都具有明確的金屬開裂的臨界值。經(jīng)過實(shí)際的工程統(tǒng)計(jì)以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，發(fā)生開裂的技術(shù)材料大多數(shù)情況下是合金，在整個純金屬的基本領(lǐng)域中并沒有太多的情況下發(fā)生開裂。世界上沒有純金屬，非常少量的雜質(zhì)也會使得金屬材料具有開裂的可能性，所以，在進(jìn)行金屬材料的熱處理過程中，一定要控制好時間和溫度，對基本的臨界值要掌控的很合理。

4、殘余應(yīng)力在整個擴(kuò)展過程中的分布及影響

常見的金屬材料裂紋包括弧型裂紋、縱向裂紋、網(wǎng)狀裂紋、顯微裂紋和剝離裂紋等。在金屬材料進(jìn)行一定的熱處理之后，產(chǎn)生的熱應(yīng)力會與相變的應(yīng)力產(chǎn)生一定的疊加狀態(tài)，這就會產(chǎn)生一定的殘余應(yīng)力，即內(nèi)應(yīng)力。殘余應(yīng)力會使得金屬材料法發(fā)生一定的變化，這是金屬材料出現(xiàn)不穩(wěn)定的基本因素之一，會對金屬材料的基本抗疲勞的強(qiáng)度和能力產(chǎn)生不利的影響，同時其還對金屬材料的抵抗開裂的能力產(chǎn)生很大的影響，這都造成了金屬材料出現(xiàn)嚴(yán)重不穩(wěn)定的結(jié)果。殘余應(yīng)力的體系盡管是有害的，但是其也是具有一個比較突出的臨界值，當(dāng)超過這個臨界值的時候，就會有可能使得金屬材料發(fā)生一定的開裂情況，對于不銹鋼之外的金屬材料，在正常的情況之下，都具有明確的金屬開裂的臨界值。經(jīng)過實(shí)際的工程統(tǒng)計(jì)以及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，發(fā)生開裂的技術(shù)材料大多數(shù)情況下是合金，在整個純金屬的基本領(lǐng)域中并沒有太多的情況下發(fā)生開裂。

裂紋的擴(kuò)展幾乎都離不開殘余應(yīng)力的作用和外部應(yīng)力的影響，同時，還要考慮表面殘余應(yīng)力的大小、分布情況和作用方向。在有外部應(yīng)力的情況下，裂紋尖端在外部拉應(yīng)力的拉伸下和缺口效應(yīng)的作用下，常常會產(chǎn)生很大的應(yīng)力效應(yīng)。裂紋的深度越大，裂紋尖端的應(yīng)力就會越大，裂紋擴(kuò)張的速度就會進(jìn)一步加快。由于整個金屬材料的工作環(huán)境是存在著很大的差異性的，其基本的抗腐蝕性能以及對開裂能力的抵抗能力會隨著基本環(huán)境的改變發(fā)生一定的變化，在應(yīng)力發(fā)生一定的開裂時，裂紋會出現(xiàn)一定的具有規(guī)律性的變化。整個開裂的過程中，拉應(yīng)力發(fā)揮了巨大的作用，拉應(yīng)力的大小在某種程度上直接決定了裂紋的大小。如果裂紋所承受的應(yīng)力是殘余應(yīng)力，那么在斷面內(nèi)，殘余應(yīng)力通?？梢宰陨肀３制胶?。

5、殘余應(yīng)力引起金屬材料出現(xiàn)開裂所帶來的影響及裂紋愈合的途徑

在整個的金屬使用過程當(dāng)中，參與的應(yīng)力與工作的應(yīng)力會出現(xiàn)相互疊加的現(xiàn)象，這就會使得金屬內(nèi)部的基本構(gòu)型發(fā)生一些變化，產(chǎn)生的殘余應(yīng)力就會進(jìn)行重新的分部和變形。由于整個金屬材料的工作環(huán)境是存在著很大的差異性的，其基本的抗腐蝕性能以及對開裂能力的抵抗能力會隨著基本環(huán)境的改變發(fā)生一定的變化，在應(yīng)力發(fā)生一定的開裂時，裂紋會出現(xiàn)一定的具有規(guī)律性的變化。整個開裂的過程中，拉應(yīng)力發(fā)揮了巨大的作用，拉應(yīng)力的大小在某種程度上直接決定了裂紋的大小。同時殘余應(yīng)力也會對整個的開裂造成很大的影響，即使是在負(fù)荷比較小的地方，金屬的工件也有可能會在某些環(huán)境下發(fā)生一定的開裂狀態(tài)。

基于上述的基本內(nèi)容可知，金屬材料發(fā)生開裂的狀態(tài)是非常的不利于金屬材料的正常使用的，所以應(yīng)該對開裂的基本狀態(tài)進(jìn)行裂紋愈合的相應(yīng)處理?？梢酝ㄟ^減少熱處理所存在的可能原因，進(jìn)行抑制，減少表面的加工質(zhì)量的缺陷，同時對材料的設(shè)計(jì)缺陷也要大大減少。其次要在整個使用的過程中，對基本的材料進(jìn)行定期的檢查，防患于未然。

6、結(jié)語

在金屬材料的整個熱處理過程中，殘余應(yīng)力是材料的不穩(wěn)定狀態(tài)，材料加工條件和使用條件的不同，其殘余應(yīng)力也會發(fā)生變化。改善金屬材料的制作工藝，實(shí)現(xiàn)金屬材料損傷的修復(fù)和愈合，對延長金屬工件的使用壽命有重大意義。

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