為什么鍛件熱處理時(shí)會(huì)產(chǎn)生橫裂？

       鍛件因不能全部淬透，而且往往存在在較嚴(yán)重的冶金缺陷（如：氣泡、夾雜、鍛造裂紋、偏析、白點(diǎn)等），在熱處理應(yīng)力作用下，以這些缺陷為裂紋的起點(diǎn)，緩慢擴(kuò)張直到最后突然斷裂。另外在軋輥的橫斷實(shí)例中，往往在斷裂面上不能看出明顯的斷裂起點(diǎn)，這像刀切的一樣，這是較脆的材料在熱應(yīng)力作用下引起斷裂的特征。

       鍛件形成橫向裂紋時(shí)內(nèi)應(yīng)力分布的特征是：表面受壓應(yīng)力，離表面一定的距離應(yīng)力發(fā)生劇變，由壓應(yīng)力變?yōu)楹艽蟮睦瓚?yīng)力。裂紋產(chǎn)生在拉應(yīng)力峰值區(qū)域內(nèi)，然后當(dāng)內(nèi)應(yīng)力重新分布或鋼的脆性進(jìn)一步增加時(shí)才蔓延到鍛件表面。橫向裂紋的特點(diǎn)是垂直于軸的方向。這類裂紋往往發(fā)生在未淬透的鍛件中，因?yàn)榇阌才c未淬硬的過渡區(qū)有一個(gè)大的應(yīng)力峰值，而且軸向應(yīng)力大于切向應(yīng)力。

       對(duì)鍛件來說，打中心孔并對(duì)表面和中心一起冷卻，可使拉應(yīng)力的峰值移向中間層，數(shù)值也可大大降低，所以，這是防止橫斷的有效方法之一。然而打中心孔時(shí)往往會(huì)使冶金缺陷暴露到中心孔表面，亦有其不利之處。較完整的模擬技術(shù)應(yīng)將數(shù)值模擬和物理模擬結(jié)合起來。

       所謂數(shù)值模擬是指采用一組代數(shù)的或微分的控制方程來描述一個(gè)過程或一個(gè)過程的某些方面，通過計(jì)算機(jī)求解，得到計(jì)算域內(nèi)所有變量完整而詳盡的值。數(shù)值模擬的控制方程可分為理論型、半經(jīng)驗(yàn)型和經(jīng)驗(yàn)型三類。理論型是指獲得公認(rèn)的經(jīng)典關(guān)系式，常反映了某個(gè)物理量的守恒性質(zhì)。半經(jīng)驗(yàn)型是指通過對(duì)公認(rèn)的理論關(guān)系進(jìn)行簡化或附加一定的假設(shè)，而獲得的控制方程。

       經(jīng)驗(yàn)型是指完全依據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)或假設(shè)而得出的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式。顯然，一個(gè)數(shù)字模型中所包含的理論方程越多，其普遍性和可靠性也越高。遺憾的是，在實(shí)際上，純理論的控制方程還是很少的。因此，數(shù)值模擬必須建立在充分的物理模擬基礎(chǔ)上。首先，數(shù)字模擬的建立，要靠物理模擬獲得對(duì)過程主要影響因素和缺陷形成機(jī)理的認(rèn)識(shí)。其次，數(shù)值模擬的合理性，也必須通過物理模擬定量測(cè)量結(jié)果來檢驗(yàn)。

       物理模擬是指采用縮小了比例或簡化了條件的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ痛鎸?duì)原型的研究。物理模擬要保證模型同原型在物理本質(zhì)上的一致性。模型實(shí)驗(yàn)較原型實(shí)驗(yàn)周期短，費(fèi)用省，便于定量測(cè)量和進(jìn)行機(jī)理研究。但像對(duì)鍛件熱處理這樣復(fù)雜問題，無法構(gòu)造同原型嚴(yán)格滿足相似準(zhǔn)則的物理模型。顯然，在一個(gè)縮小比例的物理模型上，不可能同時(shí)保證熱流，組織轉(zhuǎn)變、應(yīng)力分布都與原型相似。

       從上面分析可以看出，數(shù)值模擬和物理模擬具有不同的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，只有將兩者有機(jī)的結(jié)合起來，才能獲得較完整的研究結(jié)果。

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