D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2000.03.015 第22卷第3期 北京科技大学学报 Vol.22 No.3 2000年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing June 2000 金属材料内部裂纹高温愈合实验研究 韦东滨 韩静涛谢建新 胡海萍陈军 贺毓辛 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要给出对纯铜和45号及80号优质碳素钢内部裂纹高温愈合处理的一些实验结果.研 究表明：内部裂纹愈合过程中存在比较强烈的原子书散迁移行为，钢中F原子更易于向裂纹 愈合区扩散迁移：较长裂纹段的愈合可能依赖于一种分隔愈合机制. 关键词金属：内部裂纹：愈合 分类号TG151:TG111.91 目前对断裂问题的研究通常是着眼于损伤的 对修复热处理方法作了较为系统的分类，认为 产生及其向宏观裂纹方向的发展.80年代以来， 必须使用高温修复热处理才可能明显降低金属 国内外材料科学与工程领域进行的材料智能化、 的损伤程度，减少缺陷并最终完全恢复组织1o, 高性能化、高效率化和长寿化研究则为此问题的 韩静涛等☒通过高温处理及在高静水压 解决提供了另一条思路，即使损伤以至裂纹向着 力、大塑性变形和有动态再结晶条件下的实验 愈合的方向发展 研究证实20MnMo钢在一定的条件（可无塑性 赵晓鹏四提出材料损伤愈合的核心问题是 变形)下，内部裂纹的萌生与扩展是一可逆过 物质补给和能量补给，为实现普通金属材料内 程，认为内部裂纹愈合过程主要受控于基体金 部损伤的愈合，外部能量补给的作用尤显重要， 属内的原子扩散，并将愈合过程分为空洞填充 研究采用的外部能量补给形式各有不同，加热 与晶粒长大2个阶段.在初步总结20MnMo钢 与施加电流脉冲是2种主要方式.其中加热又 内部裂纹愈合规律的基础上，对实际生产中经 包括常规加热、微波加热和激光加热等方式.沈 超声探伤检验证实己报废的大型锻件进行了较 以赴等四研究了低碳钢经大电流脉冲处理后改 为成功的愈合试验，取得显著的社会效益和经 善疲劳性能的可能性.肖永亮等研究了钴基合 济效益.钟志平W对20MnMo钢进行了内部裂 金疲劳裂纹的愈合与延寿.周本濂应用耗散结 纹的高温修复实验研究，认为当裂纹宽度小于 构的观点，提出愈合的本质是一开放体系和周 1.3m时，可以仅通过高温处理将其修复，而对 围环境进行物质与能量交换，并进行自组织的 超过此尺寸的裂纹，则必须佐以加压条件才能 过程. 修复. 对于钢的内部损伤愈合，国内外研究报导 国内外在材料内外部损伤愈合领域的理论 很少.文献[5,6们的研究发现，金属在热加工条件 研究水平相近，就普通金属材料内部损伤愈合 下，损伤的发展会受到某种机制的抑制，其结果 问题而言，到目前为止还主要限于对现象的 是在微裂纹扩展的同时，可能存在一可逆的愈 讨论，理论研究尚处于较低的层次.最近，周国 合过程.俄罗斯学者较早研究通过热处理消除 辉采用分子动力学方法，在原子尺度上模拟 金属材料内部损伤的可能性.B.M.KyMAHIH等 了材料内部微裂纹的愈合过程. 分析了金属材料损伤的发展剧，明确指出在金 属材料使用阶段或使用后，采用修复热处理方 1试样选材、制作及实验方法 法消除金属材料内部损伤，从而达到恢复使用 实验所用试样材质为纯铜及45号和80号 性能和延长寿命的目的；并依据处理条件不同， 优质碳素钢.将其加工制成8mm×12mm圆柱 1999-09-15收稿韦东滨男，29岁，傅士生 体，在圆柱体侧面中心部位钻Φ3mm×6mm盲 *国家自然科学基金重点资助项目No.59889101) 国家自然科学基金资助项目QN0.59771068) 孔，剔除孔内残屑，以丙酮和无水乙醇清洗后晾第 卷 第 期 侧月 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 饱 金属材料 内部裂纹 高温愈合实验研究 韦东滨 韩静涛 谢建新 胡海萍 陈 军 贺毓辛 北京科技大学材料科学与工程学院 ， 北京 摘 要 给 出对纯铜和 号及 号优质 碳素钢 内部裂纹 高温 愈合 处 理 的一 些实验 结果 研 究表 明 内部裂 纹 愈合 过程 中存在 比较么烈 的原子扩 散迁移行 为 ， 钢 中 原子 更 易于 向裂 纹 愈合 区扩 散迁 移 较长 裂纹段 的愈合 可 能依赖 于 一种 分 隔愈合 机制 关键词 金 属 内部裂 纹 愈合 分 类号 目前对断裂 问题 的研究通常是着眼于损伤的 产生及其 向宏观裂纹方 向的发展 年代 以来 ， 国 内外材料科学与工程领域进行 的材料智能化 、 高性能化 、 高效率化和长寿化研究则为此 问题 的 解 决提供 了另一条思路 ， 即使损伤 以至裂纹 向着 愈合 的方 向发展 赵 晓鹏 ‘，，提 出材 料 损 伤 愈 合 的核 心 问题 是 物质补给和 能量补 给 为实现 普通金 属材料 内 部损伤 的愈合 ， 外 部 能量补给 的作用 尤显 重 要 研 究采用 的外 部 能量 补给形 式各有 不 同 ， 加热 与施加 电流 脉 冲 是 种 主 要 方 式 其 中加 热又 包括常规 加 热 、 微波加 热和 激光加热等方式 沈 以赴 等 口，研 究 了低碳 钢 经 大 电流 脉冲 处 理 后 改 善疲劳性能 的可 能性 肖永亮 等‘ 研 究了钻基合 金疲 劳裂纹 的愈合 与延 寿 周 本镰 应 用 耗 散结 构 的观 点 ， 提 出愈 合 的本 质 是 一 开 放 体 系和 周 围环 境进行 物质与能量 交换 ， 并进行 自组 织 的 过程 对 于 钢 的 内部损伤 愈合 ， 国 内外研 究报 导 很 少 文 献 【 ， 的研究发 现 ， 金 属 在 热 加 工 条件 下 ， 损伤 的发展 会 受 到某 种机制 的抑 制 ， 其结 果 是 在 微裂 纹 扩 展 的 同 时 ， 可 能存在 一 可 逆 的 愈 合过程 俄 罗 斯 学 者 较 早 研 究通过 热 处 理 消 除 金属材料 内部损伤的可 能性 且 等 分析 了金属 材料损 伤 的 发 展 〔， ， 明确 指 出在 金 属材料使用 阶段或 使用 后 ， 采用 修复热 处 理 方 法消除金 属材料 内部损 伤 ， 从 而 达 到恢复使用 性能和 延长 寿命 的 目的 并依据 处 理 条件不 同 ， 臾月砚旧 一 收稿 韦东滨 男 ， 岁 ， 博士 生 国家 自然科学基金重点资助项 目 困 国家自然科学基金资助项 目 对修复热处 理方法作 了较为系统 的分类 ， 认 为 必 须使用 高温修复热 处理才 可 能 明显 降低 金 属 的损伤程度 ， 减少缺 陷并最终完全恢 复组织， ， 韩静涛等 「， 通 过 高温 处 理 及在 高静水 压 力 、 大塑 性 变形 和 有 动 态 再 结 晶条件下 的实验 研 究证 实 钢在 一 定 的条 件 可 无 塑 性 变形 下 ， 内部 裂纹 的萌生 与扩 展 是 一可 逆过 程 ， 认 为 内部裂 纹 愈合过程主 要 受控于 基体金 属 内的原子扩散 ， 并将 愈合过程分为空 洞填充 与 晶粒长大 个阶段 在初步总结 。 钢 内部裂 纹 愈合规律 的基础 上 ， 对 实际 生产 中经 超声探伤检验证实 已报废 的大型锻件进行 了较 为成 功 的愈合试验 ， 取 得 显 著 的社 会 效益 和 经 济效益‘ 钟志平‘ 对 创功。 钢进行 了内部裂 纹 的高温修 复实验研 究 ， 认 为 当 裂纹 宽度 小 于 卿 时 ， 可 以仅通过 高温 处 理将其修复 ， 而 对 超过 此尺 寸 的裂纹 ， 则 必 须佐 以加压 条件才 能 修 复 国 内外在材料 内外部损伤愈合领域 的理论 研 究水平 相 近 就普 通 金 属 材 料 内部 损 伤 愈合 问题 而 言 ， 到 目前 为止 还 主 要 限 于 对 现 象 的 讨 论 ， 理 论研 究 尚处 于 较低 的层 次 最 近 ， 周 国 辉 ‘， 采 用分 子 动 力学 方 法 ， 在 原 子 尺 度 上 模拟 了材料 内部微 裂纹 的 愈 合 过程 试样选材 、 制作及实验方法 实验 所用试样材质为纯 铜 及 号和 号 优 质碳 素钢 将 其 加 工 制 成邺 圆柱 体 ， 在 圆柱体侧面 中心 部位钻 帕 ‘ 盲 孔 ， 剔 除孔 内残屑 ， 以丙 酮 和 无水 乙 醇清洗后 晾 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2000．03．015