金属组织对锻件锻造裂纹发生和发展的影响

下面对组织和性能不均的材料，具体分析金属组织对锻造裂纹发生和发展的影响。
      1.微观裂纹的产生
      锻造过程中金属组织状况对微观裂纹的产生主要有下列三种情况。
      1)冶金和组织缺陷处应力集中。在原材料的冶金和组织缺陷处，如疏松、夹杂物等的尖角处，在外力作用下发生应力集中；在第二相和基体相交界处，特别是第二相的尖角处容易产生应力集中。在应力集中处较早达到金属的屈服点，引起塑性变形，当变形量超过材料的极限变形程度和应力超过材料的极限强度时便产生微观裂纹。
      2)第二相及夹杂物本身的强度低和塑性差。第二相及夹杂物本身强度低，塑性差，受外力或微量变形时即产生开裂。具体的有下列一些情况：
      ①晶界为低熔点物质。锻造过程中常见的铜脆、红脆和锡脆等皆是由于在晶界的剪切和迁移中微观裂纹首先于晶界处的低熔点物质本身中发生而后发展的。
      ②晶界存在脆性的第二相或非金属的夹杂物。脆性物质包括：碳化物、氮化物、氧化物、硅酸盐、硼化物及金属间化合物。当晶界剪切和滑移时，上述物质有不同程度的破碎，当晶界物质的破碎得不到及时修复时，微观裂纹便在此处发生和发展。
      ③第二相为强度低于基体的韧性相。亚共析钢、奥氏休不锈钢，马氏体不锈钢中的铁素体属于此种情况。
      3)第二相及非金属夹杂与基体之间在力学性能和理化性能上有差异。在此种情况下， 微观裂纹往往产生在它们交界处，这是他们之间结合力较弱的缘故。例如奥氏体不锈钢锻件中存在铁素体相时，两相具有不同的变形抗力，由于热锻时两者的变形程度不同产生了附加应力，常常在奥氏体与铁素体的交界处产生微观裂纹而后扩展。

 

      2.微观裂纹的扩展
      断裂过程是沿着能量降低的方向，遵循阻力最小的途径进行的。裂纹扩展的阻力由裂纹前缘金属的性能和微观的断裂机制来决定。应力状态、温度、应变速度及介质对裂纹扩展的阻力有一定影响。它们是通过对性能和断裂机制的影响来影响裂纹扩展阻力的。
      裂纹前缘金属的韧性愈好，则裂纹扩展的阻力愈大。韧性是断裂过程所需能量的参量，而这种能量取决于材料的强度和塑性，它是材料强度和塑性的综合表现。在保证一定强度的前提下提高塑性，对提高韧性和裂纹扩展的阻力具有重要的影响。
      因此，热锻过程中，在均匀受力的情况下，裂纹主要沿着强度低和塑性差的“弱区”(晶界和结合力弱的相界面等）扩展。“弱区”的性能主要取决于第二相及夹杂物的性能、形状和分布特点。“弱区”的强度愈低，塑性愈差，则扩展的速度愈快。
      3.宏观裂纹的扩展
      上面所论述的是微观裂纹的扩展途径，而锻件上宏观裂纹的实际走向是由受力情况和材料的组织情况二者决定的。而且，总的趋势（方向）是由受力情况决定的。例如当二相呈细小均匀分布时，宏观裂纹的扩展方向往往与正应力的垂直方向或切应力的方向一致。当夹杂物集中在金属的某些地区并呈条带状分布时， 条带方向便是裂纹扩展阻力最小的方向。例如在镦粗变形时常常可以观察到与主拉应力的垂直方向及最大剪应力方向不完全一致的情况。