金屬材料熱加工裂紋與控制技術分析

羅亞東 陳海洋

摘要：作為工業生產主要材料，金屬材料加工質量會直接影響到整體生產效果，是工業生產管控重點內容之一。為進一步提升金屬材料加工質量，降低熱加工裂紋問題影響程度，領域學者加大了對材料熱加工裂紋及其控制技術的研究力度。為獲得理想研究效果，學者在對加工裂紋以及控制技術展開研究之前，需要先明確金屬材料性能和熱加工技術間的關系，以為后續研究提供支持。

關鍵詞：金屬材料;熱加工裂紋;控制技術

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

一、金屬材料熱加工裂紋產生機理

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

二、金屬材料性能和熱加工技術間的關系

2.1材料切割與熱加工預熱

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。同時在進行切割時，由于施工現場相關環境會對金屬材料光澤以及變形等情況產生影響，所以需要做好熱加工工藝選擇，要按照具體情況科學展開預熱處理，以為后續材料切割順利開展奠定良好基礎。合理的材料熱處理，可妥善解決切割環節刀具粘連問題，能夠達到切實提升切割精準度以及效率的目標，可切實強化金屬零部件質量與性能。

2.2材料耐久性與熱加工應力

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力作用而出現開裂或腐蝕等問題，此時需要結合材料自身耐久性以及熱加工應力等特征，對兩者間內在聯系展開分析。在多數情況下，兩者之間關聯密切程度極高，想要徹底解決熱加工剩余應力對于材料的負面影響，可通過提升材料耐久性以及質量的方式達到相應控制效果[2]。

2.3材料疲勞性與熱加工溫度

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

三、熱加工裂紋影響因素和裂紋控制技術

3.1影響裂紋的因素

可能影響裂紋的因素有很多，銅管的倒錐度與結晶器冷卻可能會影響裂紋。如果銅管錐度的標準數值超標，則在鑄坯運動的進行過程中會產生較大的摩擦力，從而影響銅管的表面質量。同時要控制好結晶器的水量，否則可能會對鑄坯初生坯殼造成影響。二次冷卻強度也可能會導致裂紋。通過實際操作我們發現，造成表面裂紋的主要原因是結晶器。當存在裂紋的結晶器產品處于二次冷區環境中時，如果冷卻強度比較大，就會因為鑄坯熱應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，在脆化溫度區中進行鑄坯也會容易產生橫裂紋現象。在進行鋼脆性溫度矯直處理時，二冷制度的問題也會導致不同程度的裂紋現象。如果矯直力數值超過了鑄坯應變的相應數值，便會容易出現矯直裂紋問題。

3.2保護渣性能的保障作用

保護渣性能問題也會影響熱加工裂紋和控制技術，主要包括以下方面：如果保護渣較高，同時在結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標的情況，沒有達到很好的潤滑效果，就會導致振痕扭曲或混亂，造成皮下部分裂紋等問題。在鑄坯運動過程中，如果產生定量的摩擦力，還會導致凝固坯殼的溫度出現不斷上升的狀況。這樣不僅會使坯殼粘黏在結晶器壁之上，還會在鑄坯表面生成裂紋。保護渣導熱性能也要達標，否則會在而冷卻階段產生不均勻的情況，形成一定量的拉應力對鑄坯形成不良影響，導致黏渣鑄坯處出現裂紋。

3.3裂紋控制技術的具體辦法

對銅管錐度和水量的調整要按照錐度的實際情況以及水量進行分析后適當調節。對于二冷強度的調控實施，要保證溫度在1000攝氏度以上時進行，控制矯直前溫度，以保證順利避開脆性溫度區，同時還要確保鑄坯表面溫度控制在合理范圍之內。還要降低拉胚速度，優化振動參數實，合理調整振動頻率、拉速以及振幅確保符合要求，有效控制振痕的深度的，以便實現降低角部裂紋的概率。優化處理結晶器保護渣，由于高碳合金結構鋼材料內部中合金元素相對較高，如果要增強保護渣性能，就必須保證具備良好的同化雜物能力，吸收能力也要達到相應標準要求。

結語：

伴隨社會經濟的快速發展，我國工業化程度越來越高。金屬材料是工業應用最多的材料之一，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，且應用范圍較廣。當前種類繁多的金屬材料已成為人類社會發展的重要物質基礎，與社會發展、經濟增長關系密切。在金屬材料熱加工過程中，由于多種因素的影響，極易產生裂紋問題，此時若不及時加以處理，甚至會出現斷裂現象，造成極大損失。基于此，必須重視金屬材料裂紋問題，采取措施有效解決。

參考文獻

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[2]屈華鵬，張宏亮，馮翰秋，等.金屬材料增材制造（3D打印）技術的局限性[J].熱加工工藝，2018（16）.

[3]崔巖，邵健，曹雷剛，等.塊體金屬材料微波加熱方法及工藝研究[J].熱加工工藝，2018（10）.

[4]王家毅，米振莉，李輝，等.基于熱加工圖6082鋁合金鍛造工藝優化及強化機制研究[J].稀有金屬，2019（2）.

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

（遼寧科技學院?遼寧?本溪?117004）