对金属热处理残余应力与开裂失效关系的探讨

刘叶

【摘要】近几年来，随着经济的不断发展，我国的整个社会也取得了长足的进步，人们对于工业以所使用的基本材料的整体需求也在不断的提升，所以对于材料的选择以及处理在整个工程实际中占据着重要的意义。金属材料在整个工程中应用的是非常广泛的，要想使金属材料能够很好地取得应有的效果，就需要根据实际情况，对金属的人处理工艺进行良好的执行，认真的了解金属在整个的热处理过程中，所产生的残余应力与开裂失效的接班内在关系，进而在整个工程的实际应用中，发挥出更加出色的性能，为工程的实际做出应有的价值和意义。本文就金属材料的基本热处理与开裂失效的基本关系进行了充分合理的阐述，希望对同行业的企业有一定的帮助作用。

【关键词】金属热处理；残余应力；开裂失效；关系；探讨

1、金属材料的基本热处理

金属材料一般情况下不能够直接进行合理的工程应用，都需要进行一定的热处理等基本方式，通过热处理就能够使得金属的整体材料具有很高的强度，对整体的金属质量是一个很大的提升过程，这就会对金属材料的基本需求得到很好的满足，同时也能够很出色的提升金属材料的整体寿命以及性能。在通常的情况下，更具具体的实际工程需要，对金属材料放置在经过特殊处理和设定的介质之中，通过一定时间的加热过程，保持一定的温度，持续一段时间之后，然后根据具体的实践需要，在通过不同介质中进行合理的冷却过程，经过这样一个合理的过程之后，金属材料就会获得比较良好的性能，其内部以及表面的基本结构就会获得很好的性能提升，提升金属材料在实际工程中的应用价值和意义。通过金属材料的基本热处理工艺，能够对金属材料的加工精度以及切削的性能有很大的提升。其次，这种热处理的基本工艺还能够对金属材料的整体断裂的韧性有很大的提升，同时能够对金属材料在日常的使用中所可能出现的开裂问题进行比较充分的处理和完善，使得金属材料的应用更加完善合理。

提高金属材料的切削性能和加工精度。在传统的金属工件的毛坯和半成品的切削过程中，由于切削刀具、切削温度和切削条件的不同，导致金属工件的变形程度也不同。属材料就会获得比较良好的性能，其内部以及表面的基本结构就会获得很好的性能提升，提升金属材料在实际工程中的应用价值和意义。通过金属材料的基本热处理工艺，能够对金属材料的加工精度以及切削的性能有很大的提升。其次，这种热处理的基本工艺还能够对金属材料的整体断裂的韧性有很大的提升，同时能够对金属材料在日常的使用中所可能出现的开裂问题进行比较充分的处理和完善，通过预热处理，可以消除或减少加工过程所致的材料缺陷，从而确保材料的切削性能，提高金属材料的加工精度。与此同时，还能够根据实际的工程情况对金属的整体断裂韧性进行很好的保证。

金属材料的表面热处理工艺还能够对金属材料的整体开裂情况进行很大程度的完善和改进，在面对具有很大腐蚀性的环境，能够通过合理的热处理方式，对受到一定拉伸作用的金属材料进行合理的处理，使得金属材料的脆性以及断裂性得到很大程度的缓解，避免出现破坏性的损坏，从而避免会影响金材料的抗疲劳能力、抗开裂能力以及形状尺寸的稳定性等，。这里所提到的拉伸应力大部分来自于金属热处理中的残余应力。

2、金属在热处理中的残余应力

在进行金属材料的热处理工艺中，存在着加热以及最终的冷却过程，其最终会使得金属的材料具有很好的性能以及品质，但是在最终也会引起很明显的应力应变的基本变化，这是由温差变化所引起的。在金属材料进行一定的热处理之后，产生的热应力会与相变的应力产生一定的叠加状态，这就会产生一定的残余应力，即内应力。残余应力会使得金属材料法发生一定的变化，这是金属材料出现不稳定的基本因素之一，会对金属材料的基本抗疲劳的强度和能力产生不利的影响，同时其还对金属材料的抵抗开裂的能力产生很大的影响，这都造成了金属材料出现严重不稳定的结果。综合上述内容可以得知，金属材料在经过热处理所产生的残余应力需要在一定的基本条件下释放出来，只有这样才能够使得整个金属材料的寿命得到很大的提升。

3、残余应力与开裂的基本关系

在金属材料进行熱处理的基本过程中，会在不同程度上产生材料的局部以及微小的损伤，这种损伤尽管很微小，但是会对整个金属材料的应用产生很大的不利影响，这就会直接造成材料的不稳定性，在实际的工程应用中就会出现或大或小的问题，对金属材料的基本寿命造成很大的影响。残余应力的存在会对整个金属材料的开裂造成很大的可能性，其具有很多的原因。在诸多的影响因素中，拉应力的影响是非常明显的，拉应力的影响是巨大的，其会使得金属材料发生一定的开裂现象。残余应力的体系尽管是有害的，但是其也是具有一个比较突出的临界值，当超过这个临界值的时候，就会有可能使得金属材料发生一定的开裂情况，对于不锈钢之外的金属材料，在正常的情况之下，都具有明确的金属开裂的临界值。经过实际的工程统计以及经验数据表明，发生开裂的技术材料大多数情况下是合金，在整个纯金属的基本领域中并没有太多的情况下发生开裂。世界上没有纯金属，非常少量的杂质也会使得金属材料具有开裂的可能性，所以，在进行金属材料的热处理过程中，一定要控制好时间和温度，对基本的临界值要掌控的很合理。

4、残余应力在整个扩展过程中的分布及影响

常见的金属材料裂纹包括弧型裂纹、纵向裂纹、网状裂纹、显微裂纹和剥离裂纹等。在金属材料进行一定的热处理之后，产生的热应力会与相变的应力产生一定的叠加状态，这就会产生一定的残余应力，即内应力。残余应力会使得金属材料法发生一定的变化，这是金属材料出现不稳定的基本因素之一，会对金属材料的基本抗疲劳的强度和能力产生不利的影响，同时其还对金属材料的抵抗开裂的能力产生很大的影响，这都造成了金属材料出现严重不稳定的结果。残余应力的体系尽管是有害的，但是其也是具有一个比较突出的临界值，当超过这个临界值的时候，就会有可能使得金属材料发生一定的开裂情况，对于不锈钢之外的金属材料，在正常的情况之下，都具有明确的金属开裂的临界值。经过实际的工程统计以及经验数据表明，发生开裂的技术材料大多数情况下是合金，在整个纯金属的基本领域中并没有太多的情况下发生开裂。

裂纹的扩展几乎都离不开残余应力的作用和外部应力的影响，同時，还要考虑表面残余应力的大小、分布情况和作用方向。在有外部应力的情况下，裂纹尖端在外部拉应力的拉伸下和缺口效应的作用下，常常会产生很大的应力效应。裂纹的深度越大，裂纹尖端的应力就会越大，裂纹扩张的速度就会进一步加快。由于整个金属材料的工作环境是存在着很大的差异性的，其基本的抗腐蚀性能以及对开裂能力的抵抗能力会随着基本环境的改变发生一定的变化，在应力发生一定的开裂时，裂纹会出现一定的具有规律性的变化。整个开裂的过程中，拉应力发挥了巨大的作用，拉应力的大小在某种程度上直接决定了裂纹的大小。如果裂纹所承受的应力是残余应力，那么在断面内，残余应力通常可以自身保持平衡。

5、残余应力引起金属材料出现开裂所带来的影响及裂纹愈合的途径

在整个的金属使用过程当中，参与的应力与工作的应力会出现相互叠加的现象，这就会使得金属内部的基本构型发生一些变化，产生的残余应力就会进行重新的分部和变形。由于整个金属材料的工作环境是存在着很大的差异性的，其基本的抗腐蚀性能以及对开裂能力的抵抗能力会随着基本环境的改变发生一定的变化，在应力发生一定的开裂时，裂纹会出现一定的具有规律性的变化。整个开裂的过程中，拉应力发挥了巨大的作用，拉应力的大小在某种程度上直接决定了裂纹的大小。同时残余应力也会对整个的开裂造成很大的影响，即使是在负荷比较小的地方，金属的工件也有可能会在某些环境下发生一定的开裂状态。

基于上述的基本内容可知，金属材料发生开裂的状态是非常的不利于金属材料的正常使用的，所以应该对开裂的基本状态进行裂纹愈合的相应处理。可以通过减少热处理所存在的可能原因，进行抑制，减少表面的加工质量的缺陷，同时对材料的设计缺陷也要大大减少。其次要在整个使用的过程中，对基本的材料进行定期的检查，防患于未然。

6、结语

在金属材料的整个热处理过程中，残余应力是材料的不稳定状态，材料加工条件和使用条件的不同，其残余应力也会发生变化。改善金属材料的制作工艺，实现金属材料损伤的修复和愈合，对延长金属工件的使用寿命有重大意义。

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