·1262· 工程科学学报，第38卷，第9期 图.横、纵向拉伸时钢中MS相对于基体和拉伸方向 显示，横向拉伸时，应力可以直接作用于MS与基体 的取向存在差异，导致两种拉伸过程中Mns的受力情 间的结合处，因此MS容易与基体发生分离而形成微 况不同，从而引发拉伸性能的各向异性.结合图3() 小裂纹，成为裂纹起始源，且有利于裂纹沿MS长度 中的断口形貌，由图10(a)可知，纵向拉伸时MnS主要 方向扩展，大大危害横向性能.结合图3()中的横向 承受来自基体的挤压应力，应力方向垂直于MnS长度 拉伸断口形貌，可以更直观地理解MS对引发试样断 方向，因此Mns以伸长为主而不易与基体发生分离. 裂的贡献.$含量较高的非调质钢中存在大量的长条 同时钢中位错的移动和裂纹的扩展如果接触到MS 状MS,因此钢的各向异性问题更为严重，而对于尺寸 也会受到其阻碍，因此对钢的纵向拉伸性能影响很小， 较小的MS或近球形的复合硫化物，其在拉伸过程中 并且压力会导致MnS的碎裂，因此纵向拉伸断口处可 的受力情况与图10(a)相似，因此对非调质钢力学性 以观察到位于韧窝底部的破碎Mns的断面.图10(b) 能危害较小 (a) 图10拉伸过程中受力示意图.(a)纵向拉伸：(b)横向拉伸 Fig.10 Schematic diagram of tensile force during the tensile tests:(a)transverse tensile test:(b)longitudinal tensile test 此外，非调质钢中大量的MS往往以群聚形式存 供大量扩展长大的机会，对横向拉伸性能的危害更大 在，这种聚集分布对钢的力学性能危害很大.图11 因此，为了提高非调质钢的综合性能，实际生产中应控 (a)给出横向拉伸试样卸载后近断口位置处的一簇 制硫化物在成品钢中的形貌与分布，获得长宽比较小、 MnS的状态，这些Mns与基体间的裂纹已经有了扩展 分布均匀的硫化物，在改善切削性能的同时降低对力 的趋势，如果其所在位置进一步受力，裂纹会发生汇合 学性能的危害. 现象，如图l1(b)所示，表明聚集的MS会给裂纹提 品品8ma亞 图11卸载后横向试样表面MnS与裂纹形貌.(a)聚集的MnS:(b)裂纹的聚合 Fig.11 Graphs of aggregated MnS inclusions (a)and crack combination (b)at the transverse tensile test specimen surface (2)原位观察表明，横向与纵向拉伸过程中MS 3结论 长度方向与拉力方向的相对取向不同，导致其受力情 (1)锻后非调质钢的拉伸性能存在明显的各向异 况存在差异，横向拉伸时长条状Ms的受力情况决定 性，横纵向断口形貌差异很大.纵向拉伸断口是以韧 了其更容易与基体发生分离，分离处将成为裂纹的起 窝为主的延性断口，横向拉伸断口则呈现韧脆混合形 始源，并促使裂纹沿MS扩展长大最终导致钢的断 貌，断口形貌受到MnS的影响. 裂，是硫化物对非调质钢横向性能危害更大的原因.工程科学学报，第 38 卷，第 9 期 图． 横、纵向拉伸时钢中 MnS 相对于基体和拉伸方向 的取向存在差异，导致两种拉伸过程中 MnS 的受力情 况不同，从而引发拉伸性能的各向异性． 结合图 3( b) 中的断口形貌，由图 10( a) 可知，纵向拉伸时 MnS 主要 承受来自基体的挤压应力，应力方向垂直于 MnS 长度 方向，因此 MnS 以伸长为主而不易与基体发生分离． 同时钢中位错的移动和裂纹的扩展如果接触到 MnS 也会受到其阻碍，因此对钢的纵向拉伸性能影响很小， 并且压力会导致 MnS 的碎裂，因此纵向拉伸断口处可 以观察到位于韧窝底部的破碎 MnS 的断面． 图 10( b) 显示，横向拉伸时，应力可以直接作用于 MnS 与基体 间的结合处，因此 MnS 容易与基体发生分离而形成微 小裂纹，成为裂纹起始源，且有利于裂纹沿 MnS 长度 方向扩展，大大危害横向性能． 结合图 3( c) 中的横向 拉伸断口形貌，可以更直观地理解 MnS 对引发试样断 裂的贡献． S 含量较高的非调质钢中存在大量的长条 状 MnS，因此钢的各向异性问题更为严重，而对于尺寸 较小的 MnS 或近球形的复合硫化物，其在拉伸过程中 的受力情况与图 10( a) 相似，因此对非调质钢力学性 能危害较小． 图 10 拉伸过程中受力示意图． ( a) 纵向拉伸; ( b) 横向拉伸 Fig． 10 Schematic diagram of tensile force during the tensile tests: ( a) transverse tensile test; ( b) longitudinal tensile test 此外，非调质钢中大量的 MnS 往往以群聚形式存 在，这种聚集分布对钢的力学性能危害很大． 图 11 ( a) 给出横向拉伸试样卸载后近断口位置处的一簇 MnS 的状态，这些 MnS 与基体间的裂纹已经有了扩展 的趋势，如果其所在位置进一步受力，裂纹会发生汇合 现象，如图 11( b) 所示，表明聚集的 MnS 会给裂纹提 供大量扩展长大的机会，对横向拉伸性能的危害更大． 因此，为了提高非调质钢的综合性能，实际生产中应控 制硫化物在成品钢中的形貌与分布，获得长宽比较小、 分布均匀的硫化物，在改善切削性能的同时降低对力 学性能的危害． 图 11 卸载后横向试样表面 MnS 与裂纹形貌 . ( a) 聚集的 MnS; ( b) 裂纹的聚合 Fig． 11 Graphs of aggregated MnS inclusions ( a) and crack combination ( b) at the transverse tensile test specimen surface 3 结论 ( 1) 锻后非调质钢的拉伸性能存在明显的各向异 性，横纵向断口形貌差异很大． 纵向拉伸断口是以韧 窝为主的延性断口，横向拉伸断口则呈现韧脆混合形 貌，断口形貌受到 MnS 的影响． ( 2) 原位观察表明，横向与纵向拉伸过程中 MnS 长度方向与拉力方向的相对取向不同，导致其受力情 况存在差异，横向拉伸时长条状 MnS 的受力情况决定 了其更容易与基体发生分离，分离处将成为裂纹的起 始源，并促使裂纹沿 MnS 扩展长大最终导致钢的断 裂，是硫化物对非调质钢横向性能危害更大的原因． ·1262·