對金屬熱處理殘余應力與開裂失效關系的探討

劉葉

【摘要】近幾年來，隨著經濟的不斷發展，我國的整個社會也取得了長足的進步，人們對于工業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際中占據著重要的意義。金屬材料在整個工程中應用的是非常廣泛的，要想使金屬材料能夠很好地取得應有的效果，就需要根據實際情況，對金屬的人處理工藝進行良好的執行，認真的了解金屬在整個的熱處理過程中，所產生的殘余應力與開裂失效的接班內在關系，進而在整個工程的實際應用中，發揮出更加出色的性能，為工程的實際做出應有的價值和意義。本文就金屬材料的基本熱處理與開裂失效的基本關系進行了充分合理的闡述，希望對同行業的企業有一定的幫助作用。

【關鍵詞】金屬熱處理；殘余應力；開裂失效；關系；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行合理的工程應用，都需要進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度，對整體的金屬質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，更具具體的實際工程需要，對金屬材料放置在經過特殊處理和設定的介質之中，通過一定時間的加熱過程，保持一定的溫度，持續一段時間之后，然后根據具體的實踐需要，在通過不同介質中進行合理的冷卻過程，經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，其內部以及表面的基本結構就會獲得很好的性能提升，提升金屬材料在實際工程中的應用價值和意義。通過金屬材料的基本熱處理工藝，能夠對金屬材料的加工精度以及切削的性能有很大的提升。其次，這種熱處理的基本工藝還能夠對金屬材料的整體斷裂的韌性有很大的提升，同時能夠對金屬材料在日常的使用中所可能出現的開裂問題進行比較充分的處理和完善，使得金屬材料的應用更加完善合理。

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，其內部以及表面的基本結構就會獲得很好的性能提升，提升金屬材料在實際工程中的應用價值和意義。通過金屬材料的基本熱處理工藝，能夠對金屬材料的加工精度以及切削的性能有很大的提升。其次，這種熱處理的基本工藝還能夠對金屬材料的整體斷裂的韌性有很大的提升，同時能夠對金屬材料在日常的使用中所可能出現的開裂問題進行比較充分的處理和完善，通過預熱處理，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，還能夠根據實際的工程情況對金屬的整體斷裂韌性進行很好的保證。

金屬材料的表面熱處理工藝還能夠對金屬材料的整體開裂情況進行很大程度的完善和改進，在面對具有很大腐蝕性的環境，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定性等，。這里所提到的拉伸應力大部分來自于金屬熱處理中的殘余應力。

2、金屬在熱處理中的殘余應力

在進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，但是在最終也會引起很明顯的應力應變的基本變化，這是由溫差變化所引起的。在金屬材料進行一定的熱處理之后，產生的熱應力會與相變的應力產生一定的疊加狀態，這就會產生一定的殘余應力，即內應力。殘余應力會使得金屬材料法發生一定的變化，這是金屬材料出現不穩定的基本因素之一，會對金屬材料的基本抗疲勞的強度和能力產生不利的影響，同時其還對金屬材料的抵抗開裂的能力產生很大的影響，這都造成了金屬材料出現嚴重不穩定的結果。綜合上述內容可以得知，金屬材料在經過熱處理所產生的殘余應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、殘余應力與開裂的基本關系

在金屬材料進行熱處理的基本過程中，會在不同程度上產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用產生很大的不利影響，這就會直接造成材料的不穩定性，在實際的工程應用中就會出現或大或小的問題，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，拉應力的影響是非常明顯的，拉應力的影響是巨大的，其會使得金屬材料發生一定的開裂現象。殘余應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，當超過這個臨界值的時候，就會有可能使得金屬材料發生一定的開裂情況，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。經過實際的工程統計以及經驗數據表明，發生開裂的技術材料大多數情況下是合金，在整個純金屬的基本領域中并沒有太多的情況下發生開裂。世界上沒有純金屬，非常少量的雜質也會使得金屬材料具有開裂的可能性，所以，在進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、殘余應力在整個擴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、網狀裂紋、顯微裂紋和剝離裂紋等。在金屬材料進行一定的熱處理之后，產生的熱應力會與相變的應力產生一定的疊加狀態，這就會產生一定的殘余應力，即內應力。殘余應力會使得金屬材料法發生一定的變化，這是金屬材料出現不穩定的基本因素之一，會對金屬材料的基本抗疲勞的強度和能力產生不利的影響，同時其還對金屬材料的抵抗開裂的能力產生很大的影響，這都造成了金屬材料出現嚴重不穩定的結果。殘余應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，當超過這個臨界值的時候，就會有可能使得金屬材料發生一定的開裂情況，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。經過實際的工程統計以及經驗數據表明，發生開裂的技術材料大多數情況下是合金，在整個純金屬的基本領域中并沒有太多的情況下發生開裂。

裂紋的擴展幾乎都離不開殘余應力的作用和外部應力的影響，同時，還要考慮表面殘余應力的大小、分布情況和作用方向。在有外部應力的情況下，裂紋尖端在外部拉應力的拉伸下和缺口效應的作用下，常常會產生很大的應力效應。裂紋的深度越大，裂紋尖端的應力就會越大，裂紋擴張的速度就會進一步加快。由于整個金屬材料的工作環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境的改變發生一定的變化，在應力發生一定的開裂時，裂紋會出現一定的具有規律性的變化。整個開裂的過程中，拉應力發揮了巨大的作用，拉應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力是殘余應力，那么在斷面內，殘余應力通常可以自身保持平衡。

5、殘余應力引起金屬材料出現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中，參與的應力與工作的應力會出現相互疊加的現象，這就會使得金屬內部的基本構型發生一些變化，產生的殘余應力就會進行重新的分部和變形。由于整個金屬材料的工作環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境的改變發生一定的變化，在應力發生一定的開裂時，裂紋會出現一定的具有規律性的變化。整個開裂的過程中，拉應力發揮了巨大的作用，拉應力的大小在某種程度上直接決定了裂紋的大小。同時殘余應力也會對整個的開裂造成很大的影響，即使是在負荷比較小的地方，金屬的工件也有可能會在某些環境下發生一定的開裂狀態。

基于上述的基本內容可知，金屬材料發生開裂的狀態是非常的不利于金屬材料的正常使用的，所以應該對開裂的基本狀態進行裂紋愈合的相應處理。可以通過減少熱處理所存在的可能原因，進行抑制，減少表面的加工質量的缺陷，同時對材料的設計缺陷也要大大減少。其次要在整個使用的過程中，對基本的材料進行定期的檢查，防患于未然。

6、結語

在金屬材料的整個熱處理過程中，殘余應力是材料的不穩定狀態，材料加工條件和使用條件的不同，其殘余應力也會發生變化。改善金屬材料的制作工藝，實現金屬材料損傷的修復和愈合，對延長金屬工件的使用壽命有重大意義。

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