·38· 北京科技大学学报 1995年No.1 相当应力反而变小，即更不易断裂，这显然是不合逻辑的，因而传统热裂应变理论只适合简 单的一维拉伸工况，第三，目前认为热裂是脆性断裂，依据是合金当时的延伸率或断裂应变 极小，以及合金在固相线T,附近呈平面拉伸断口（无明显颈缩）或沿晶断裂等表观断口特 征，但如前所述，以延伸率大小区分断裂方式只有工程定性意义，并不反映断裂机制；平面 断口也并非都是脆性断裂，簪如，高碳钢室温拉伸以及一些单晶拉伸中，由于滑移系少或单 一，也常看不出明显颈缩，呈平面断口，但它们却是本质塑性的1.此外，沿晶断裂仅是脆 性断裂的一种形式（另一形式为解理），但呈沿晶断裂未必都是脆断，它也可能是塑性断裂 的表现形式之一4.因此，在建立热裂判据时，当前必须从断裂前的塑性应变ε。与弹性应 变8。之比的大小来判断热裂本质，而不应依据塑性变形的绝对量大小·其次，应该注意 到，合金的力学特性与断裂形式常与加载速率及应力状态有关，而当前和凝固工况相近的试 验资料十分有限，此外，建立热裂判据与-一般结构破坏判据的另一重要区别在于应该考虑到 由于枝晶补缩还可能使产生的裂纹弥合， 2热裂本质、热裂势及凝固力学判据 由于一般凝固工况铸件冷却速度不大，加之其线收缩系数多在105数量级，不难发现 其凝固应变速率多在104s或更低的数量级，因此，属于高温蠕变断裂，为此应采用静态 拉伸下的应力/应变曲线来分析热裂本质，此外，考虑到一般拉伸实验为升温、均温后加 载.为了减小热激活机制与凝固过程的差异，试验宜采用过热均温再冷却至实验温度的加热 规范.图1为作者采用以上方案，在Gleeble-1500上对Al-7.2Si-3.3Cu合金（T,=508 ℃)的高温拉伸曲线；图2为铃木等对铝镇静钢的高温拉伸曲线， 30厂 100- 25 =6.7×101s 0700℃ o400℃ 80 ●800℃ g500℃ o1100℃ 20 。510℃t520℃1 ·1400℃ 60 0.4r 6 。40 6 10 0.1b 0 0.4o82 16 20 e/% 十 ● 0 0 0.10.20.30.40.50.60.7 0 0.2 0.4 0.60.8 1.2 1.4 E/% e/% 图1铝合金高温应力/应变曲线 图2镇静钢高温应力/应变曲线51 由图可见，无论是A1合金还是钢，其在接近固相线附近的高温下应力/应变曲线均十分 完整，曲线中还明显地反映出由于裂纹起源、扩展而表现出的应变软化阶段，尽管断裂前塑 性变形的绝对量很小，但其中塑性应变为总应变的主要组成部分，即￡。>>ε。.以520℃下· 38 · 北 京 科 技 大 学 学 报 1卯 5 年 N o . l 相 当应力 反 而变 小 , 即更 不 易断裂 , 这 显然 是 不合 逻辑 的 . 因而 传 统热 裂应 变理论只 适合简 单的 一维 拉伸工 况 . 第三 , 目前认 为热裂是 脆性 断 裂 , 依据是合金 当时 的延 伸率或断裂应变 极小 , 以 及合金 在 固相线 T : 附近 呈平 面拉 伸 断 口 (无 明显 颈缩 ) 或 沿 晶 断 裂 等 表 观 断 口 特 征 . 但如 前所 述 , 以 延伸 率大 小 区 分 断裂方 式 只 有 工程 定性 意义 , 并 不反 映 断裂机 制 ; 平面 断口 也并 非都 是 脆性 断裂 , 譬 如 , 高碳 钢室 温拉 伸 以 及 一些 单 晶拉 伸 中 , 由于滑移 系 少或单 一 , 也 常看不 出明显颈缩 , 呈 平 面断 口 , 但 它们却是 本 质 塑性 的 [ ’ 3] . 此外 , 沿晶 断裂仅 是 脆 性断裂 的一种 形 式 ( 另一 形式 为解 理 ) , 但 呈沿 晶 断裂 未必 都是 脆 断 , 它 也 可 能 是 塑 性 断 裂 的表 现形 式之 一 【’ 41 . 因 此 , 在 建立 热裂 判据 时 , 当前必 须从断裂 前 的 塑性 应 变 : 。 与 弹 性 应 变 。 。 之 比 的大 小 来 判 断 热 裂 本质 , 而 不 应 依 据 塑性 变 形 的 绝 对量 大 小 . 其 次 , 应 该 注 意 到 , 合金 的力 学特 性 与断裂 形 式常 与加 载速 率及 应力 状 态有 关 , 而 当前 和凝固工 况相近 的试 验资料 十分 有 限 . 此外 , 建立 热裂 判据 与一 般结 构破 坏 判据 的另 一重 要 区 别 在于 应该考 虑到 由于枝 晶补 缩 还可 能使 产 生 的裂纹 弥合 . 2 热裂本质 、 热裂势及凝 固力 学判 据 由于一 般凝 固工况 铸件 冷 却速 度不 大 , 加 之其 线收 缩系 数多 在 10 ” 数 量 级 , 不 难 发 现 其凝 固应变 速率 多 在 10 ’ 4 5 一 ’或 更 低 的数量 级 , 因此 , 属于 高温 蠕变 断 裂 , 为此 应采 用 静 态 拉 伸下 的应 力 / 应 变 曲线 来 分 析 热 裂 本 质 . 此 外 , 考 虑 到 一 般 拉 伸 实验 为 升温 、 均 温 后 加 载 . 为 了减 小热激 活机 制 与凝固过 程 的差异 , 试 验宜 采 用过 热均 温再 冷却 至 实验温 度 的加热 规范 . 图 1 为 作 者 采 用 以 上 方 案 , 在 lG e b le 一 15 0 上 对 lA 一 .7 2 51 一 .3 3 C u 合 金 ( sT = 5 08 ℃ ) 的高 温拉 伸 曲线 ; 图 2 为铃 木 等对 铝镇 静钢 的 高温 拉伸 曲线 . 旧芝一d b , ~ 一 口 . } } 一 汀一 i 一职 钾币 广 } } i 月 , . 一 - 一一 ! / 0 40 0 ℃ 0 5{洲) ℃ 一 厂 / 勺 . l } , - - . 叫 l . I 叮 ! … 毛 二 } } - 的 ! } } 云= 6 7 只 10 一 1/ s 0 70 ℃ ! J 0 8自〕℃ l l 0 1 10 0℃ 一卜\ . 1月刃0 ℃ I 土 `立 一 . 一 口i 气万一 一 l\ _ 卜 ~ , O \ ` ú 山.芝、 b 0 0 . 2 0 . 4 0 石 0 名 1 . 2 1 . 4 ￡ / % ￡ /% 图 1 铝合金高温应 力/ 应变 曲线 图 2 镇静钢高温应力 / 应变 曲线 ’ 15 由图可见 , 无论是 lA 合 金还 是 钢 , 其 在接 近 固相 线附 近 的高温 下应 力 / 应变 曲线 均 十 分 完整 , 曲线 中还 明显 地反 映 出 由于裂 纹起 源 、 扩 展而 表 现 出的应 变软 化 阶段 . 尽管 断裂 前塑 性变 形 的绝对量 很小 , 但其 中塑性 应 变 为总 应变 的 主要组 成部 分 , 即 。 。 > > : e . 以 5 20 ℃ 下