金属材料热加工裂纹与控制技术分析

罗亚东 陈海洋

摘要：作为工业生产主要材料，金属材料加工质量会直接影响到整体生产效果，是工业生产管控重点内容之一。为进一步提升金属材料加工质量，降低热加工裂纹问题影响程度，领域学者加大了对材料热加工裂纹及其控制技术的研究力度。为获得理想研究效果，学者在对加工裂纹以及控制技术展开研究之前，需要先明确金属材料性能和热加工技术间的关系，以为后续研究提供支持。

关键词：金属材料;热加工裂纹;控制技术

金属材料是我国工业生产的主要材料，在材料使用过程中，往往会遇到材料裂纹问题。作为宏观裂纹的发展过程，微裂纹演化在金属构件使用寿命中，基本占其寿命的80%。若在此阶段，有意识地对金属材料进行修复处理与保养，将有效延长金属构件的使用寿命，并达到节约资源、降低能耗的目的。

一、金属材料热加工裂纹产生机理

金属材料热加工技术主要包括5部分，即铸造、锻压、焊接、轧钢、热处理。传统力学与材料学理论认为，裂纹是由形核、扩展、微裂纹聚合直到断裂，是一个不可逆的热力学过程。为此，在金属材料生产、使用、维护及损伤容限评估等方面，人们都假定微裂纹发展的必然趋势便是断裂。但是，从另一个角度来讲，任何成份与结构不均质，如含有微裂纹的材料，在热力学允许条件下，都会向均匀化趋势发展，这也是热力学的根本原理。因此，金属材料热加工裂纹产生的机理可看做是在扩散力作用下，金属原子定向、宏观的迁移，产生裂纹后，将降低系统化学自由焓。

二、金属材料性能和热加工技术间的关系

2.1材料切割与热加工预热

在对金属材料实施切割时，需要按照金属材料自身所具有的各项特性，对切割工具展开选择，以便获得最佳切割效果。同时在进行切割时，由于施工现场相关环境会对金属材料光泽以及变形等情况产生影响，所以需要做好热加工工艺选择，要按照具体情况科学展开预热处理，以为后续材料切割顺利开展奠定良好基础。合理的材料热处理，可妥善解决切割环节刀具粘连问题，能够达到切实提升切割精准度以及效率的目标，可切实强化金属零部件质量与性能。

2.2材料耐久性与热加工应力

在长时间外力作用或腐蚀条件影响之下，金属材料会因为热加工应力作用而出现开裂或腐蚀等问题，此时需要结合材料自身耐久性以及热加工应力等特征，对两者间内在联系展开分析。在多数情况下，两者之间关联密切程度极高，想要彻底解决热加工剩余应力对于材料的负面影响，可通过提升材料耐久性以及质量的方式达到相应控制效果[2]。

2.3材料疲劳性与热加工温度

材料热处理操作需要结合整体施工过程以及热处理工艺等相关内容，要通过综合分析达到有效提高金属产品性能以及质量水平的目标。在经过高温处理后，如果可在短时间内对其展开冷却处理，可使材料承受应力逼临界值，此时材料很容易会出现断裂问题，所以在实际操作时需要做好热处理温度把控，以防发生材料断裂状况。

三、热加工裂纹影响因素和裂纹控制技术

3.1影响裂纹的因素

可能影响裂纹的因素有很多，铜管的倒锥度与结晶器冷却可能会影响裂纹。如果铜管锥度的标准数值超标，则在铸坯运动的进行过程中会产生较大的摩擦力，从而影响铜管的表面质量。同时要控制好结晶器的水量，否则可能会对铸坯初生坯壳造成影响。二次冷却强度也可能会导致裂纹。通过实际操作我们发现，造成表面裂纹的主要原因是结晶器。当存在裂纹的结晶器产品处于二次冷区环境中时，如果冷却强度比较大，就会因为铸坯热应力的影响加剧裂纹程度。铸坯矫直压力与温度在张力作用下，在脆化温度区中进行铸坯也会容易产生横裂纹现象。在进行钢脆性温度矫直处理时，二冷制度的问题也会导致不同程度的裂纹现象。如果矫直力数值超过了铸坯应变的相应数值，便会容易出现矫直裂纹问题。

3.2保护渣性能的保障作用

保护渣性能问题也会影响热加工裂纹和控制技术，主要包括以下方面：如果保护渣较高，同时在结晶器壁和铸坯间的流入渣量又相对较少，若液渣膜厚度存在不达标的情况，没有达到很好的润滑效果，就会导致振痕扭曲或混乱，造成皮下部分裂纹等问题。在铸坯运动过程中，如果产生定量的摩擦力，还会导致凝固坯壳的温度出现不断上升的状况。这样不仅会使坯壳粘黏在结晶器壁之上，还会在铸坯表面生成裂纹。保护渣导热性能也要达标，否则会在而冷却阶段产生不均匀的情况，形成一定量的拉应力对铸坯形成不良影响，导致黏渣铸坯处出现裂纹。

3.3裂纹控制技术的具体办法

对铜管锥度和水量的调整要按照锥度的实际情况以及水量进行分析后适当调节。对于二冷强度的调控实施，要保证温度在1000摄氏度以上时进行，控制矫直前温度，以保证顺利避开脆性温度区，同时还要确保铸坯表面温度控制在合理范围之内。还要降低拉胚速度，优化振动参数实，合理调整振动频率、拉速以及振幅确保符合要求，有效控制振痕的深度的，以便实现降低角部裂纹的概率。优化处理结晶器保护渣，由于高碳合金结构钢材料内部中合金元素相对较高，如果要增强保护渣性能，就必须保证具备良好的同化杂物能力，吸收能力也要达到相应标准要求。

结语：

伴随社会经济的快速发展，我国工业化程度越来越高。金属材料是工业应用最多的材料之一，仅纯金属材料，在自然界就有70多种，如铁、铜、金等，而合金材料更多，此类材料不仅具备金属特性，同样也具有其他属性，使用量大，且应用范围较广。当前种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础，与社会发展、经济增长关系密切。在金属材料热加工过程中，由于多种因素的影响，极易产生裂纹问題，此时若不及时加以处理，甚至会出现断裂现象，造成极大损失。基于此，必须重视金属材料裂纹问题，采取措施有效解决。

参考文献

[1]杜计军，郭荣生，张旗，等.磁场、电场对金属材料热加工过程中组织和性能的影响[J].内燃机与配件，2018（13）.

[2]屈华鹏，张宏亮，冯翰秋，等.金属材料增材制造（3D打印）技术的局限性[J].热加工工艺，2018（16）.

[3]崔岩，邵健，曹雷刚，等.块体金属材料微波加热方法及工艺研究[J].热加工工艺，2018（10）.

[4]王家毅，米振莉，李辉，等.基于热加工图6082铝合金锻造工艺优化及强化机制研究[J].稀有金属，2019（2）.

作者简介：罗亚东汉族籍贯甘肃省定西市1998.12.25金属材料工程专业

（辽宁科技学院 辽宁 本溪 117004）