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1、Institute of Materials Processing and ControllingInstitute of Materials Processing and Controlling Prof. Dr.-Prof. Dr.-IngIng. . Jingtao Jingtao HanHan USTBUSTB 金属材料热加工裂纹与控制技术 北京科技大学 韩静涛 Institute of Materials Processing and ControllingInstitute of Materials Processing and Controlling Prof. Dr.-Prof
2、. Dr.-IngIng. . Jingtao Jingtao HanHan USTBUSTB 基本原理和应用基本原理和应用 1. 1. 概述概述 2. 2. 金属材料内裂纹可控修复的基本原理金属材料内裂纹可控修复的基本原理 3. 3. 大型锻件制造过程应用实例大型锻件制造过程应用实例 4. 4. 轧制过程应用实例轧制过程应用实例 5. 5. 展望展望 Institute of Materials Processing and ControllingInstitute of Materials Processing and Controlling Prof. Dr.-Prof. Dr.-Ing
3、Ing. . Jingtao Jingtao HanHan USTBUSTB 1.1. 概述概述 新的研究领域与热点研究课题新的研究领域与热点研究课题 目的目的 对金属成形过程中的表面和内部裂纹进行有效控制，生对金属成形过程中的表面和内部裂纹进行有效控制，生 产优质、长寿钢材；产优质、长寿钢材； 各种报废金属零件的复用，重要零部件多次使用；各种报废金属零件的复用，重要零部件多次使用； 损伤自愈合材料开发。损伤自愈合材料开发。 损伤自愈合材料：铝、不锈钢、硼的应用损伤自愈合材料：铝、不锈钢、硼的应用 Institute of Materials Processing and Controllin
4、gInstitute of Materials Processing and Controlling Prof. Dr.-Prof. Dr.-IngIng. . Jingtao Jingtao HanHan USTBUSTB 传统的力学与材料学理论都认为裂纹由形核、扩展、 微裂纹聚合直至断裂，是一个不可逆的热力学过程。因 此，人们在金属材料的生产、使用、维护，乃至损伤容 限评估等各方面，都假定微裂纹发展的必然趋势就是断 裂。然而，从另一方面来看，任何成份与结构不均质(包 括含微裂纹)的材料，在热力学许可的条件下，都将趋于 均匀化，这也是热力学的基本原理。其本质是在扩散力( 浓度、电场、应力场等
5、的梯度)作用下，金属原子定向、 宏观的迁移，结果是使系统的化学自由焓下降。 基本概念 Institute of Materials Processing and ControllingInstitute of Materials Processing and Controlling Prof. Dr.-Prof. Dr.-IngIng. . Jingtao Jingtao HanHan USTBUSTB 材料自愈合的基本现象 裂纹生长过程是可逆的吗? 是的！但需要一定的外界和内部条 件 连铸坯内部的密集缺陷 轧后还存在吗？ 高温合金Inconel-600的热扭转试验 Institute of
6、Materials Processing and ControllingInstitute of Materials Processing and Controlling Prof. Dr.-Prof. Dr.-IngIng. . Jingtao Jingtao HanHan USTBUSTB 材料内部缺陷影响区和裂纹的形成 Institute of Materials Processing and ControllingInstitute of Materials Processing and Controlling Prof. Dr.-Prof. Dr.-IngIng. . Jingtao
7、 Jingtao HanHan USTBUSTB 夹杂物周围介观剪切带的形成 Institute of Materials Processing and ControllingInstitute of Materials Processing and Controlling Prof. Dr.-Prof. Dr.-IngIng. . Jingtao Jingtao HanHan USTBUSTB 低碳钢电脉冲处理的试验结果 组别组别( (样本数样本数) )试验方法试验方法周数周数 1(3)1(3) F F 398800398800 2(3)2(3)EP+EP+ F F 482200482200
8、 3(4)3(4) F+R+F+R+ F F 659900659900 4(3)4(3) F+EP+F+EP+ F F 50446005044600 F F疲劳试验疲劳试验; ;EPEP电脉冲修复处电脉冲修复处 理理; ; R R自然修复自然修复; ;F=250000 F=250000 周周 Institute of Materials Processing and ControllingInstitute of Materials Processing and Controlling Prof. Dr.-Prof. Dr.-IngIng. . Jingtao Jingtao HanHan U
9、STBUSTB 电脉冲对拔丝过程金属组织的影响电脉冲对拔丝过程金属组织的影响 （a a）常规拔制；（常规拔制；（b b）电脉冲拔制电脉冲拔制 Institute of Materials Processing and ControllingInstitute of Materials Processing and Controlling Prof. Dr.-Prof. Dr.-IngIng. . Jingtao Jingtao HanHan USTBUSTB S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10 A组800/ 15 850/ 15 900/ 15 950/ 15 1000/ 15 105
10、0/ 15 1100/ 15 1150/ 15 1200/ 15 1250/ 15 B组800/ 15 850/ 30 900/ 45 950/ 60 1000/ 75 1050/ 90 1100/ 105 1150/ 120 1200/ 135 1250/ 150 20MnMo钢内裂纹的热修复处理 裂纹制备方法 修复条件: 温度()/保温时间(min) Sx 样本编号 SEM分析结果 (a) 800 (b) 900 (c) 1000 (d) 1100 (e) 1200 各修复阶段内裂纹及其临域SEM形貌 Institute of Materials Processing and Contro
11、llingInstitute of Materials Processing and Controlling Prof. Dr.-Prof. Dr.-IngIng. . Jingtao Jingtao HanHan USTBUSTB ( (a) 800a) 800, 400 (b) 900, 400 (b) 900, 100 (c) 1000, 100 (c) 1000, 100 (d) 1200, 100 (d) 1200, 400, 400 热修复各阶段裂纹及其临域的金属组织热修复各阶段裂纹及其临域的金属组织 裂纹修复过程的金相分析裂纹修复过程的金相分析 ( (a) 800a) 800 (
12、b) 900 (b) 900 (c) 1000 (c) 1000 (d) 1100 (d) 1100 热修复各阶段的热修复各阶段的SAMSAM照片照片 SAMSAM分析分析 Institute of Materials Processing and ControllingInstitute of Materials Processing and Controlling Prof. Dr.-Prof. Dr.-IngIng. . Jingtao Jingtao HanHan USTBUSTB ( (a) a) 初始裂纹初始裂纹 ( (b) b) 裂纹尖端钝化裂纹尖端钝化 ( (c) c) 局部凸
13、起局部凸起 ( (d) d) 尖端生长尖端生长 ( (e) e) 裂纹分割裂纹分割 ( (f) f) 孔洞球化及收缩孔洞球化及收缩 裂纹愈合模型裂纹愈合模型 Institute of Materials Processing and ControllingInstitute of Materials Processing and Controlling Prof. Dr.-Prof. Dr.-IngIng. . Jingtao Jingtao HanHan USTBUSTB Before healing,25 After healingin 900,60min, 25 Institute of
14、 Materials Processing and ControllingInstitute of Materials Processing and Controlling Prof. Dr.-Prof. Dr.-IngIng. . Jingtao Jingtao HanHan USTBUSTB Without Without healinghealing Healed Healed 900900/30min/30min Healed Healed 10001000/60min/60min Healed Healed 12001200/60min/60min Institute of Mate
15、rials Processing and ControllingInstitute of Materials Processing and Controlling Prof. Dr.-Prof. Dr.-IngIng. . Jingtao Jingtao HanHan USTBUSTB 大型锻件锻造过程内裂纹热修复应用例大型锻件锻造过程内裂纹热修复应用例 报废锻件的无塑性变形热修复处理报废锻件的无塑性变形热修复处理 实例实例1:1:5 5件大型管板锻件热修复处理件大型管板锻件热修复处理 陕西重机，陕西重机，1994.121994.12 问题问题: :超声探伤超声探伤 夹杂性裂纹夹杂性裂纹 报废报废 效果效果: :2 2件件OKOK 2 2件单裂纹（件单裂纹（14mm 9mm14mm 9mm），），缺陷密集区（缺陷密集区（ 900 300mm 900 300mm） OK OK 1 1件，缺陷仍然超标件，缺陷仍然超标 实例实例2:2:6 6根根125125MWMW发电机转子发电机转子 上海重机，上海重机，1995.61995.6 问题问题: :超声探伤超声探伤 夹杂性裂纹夹杂性裂纹 报废报废 效果效果: :6 6根根OKOK Institute of Materials Processing and Cont
