裂纹

词语释义

裂纹，例如：1、材料在应力或环境（或两者同时）作用下产生的裂隙；2 、裂璺；3 、瓷器在烧制时有意做成的像裂璺的花纹；4 、GB-T232-1988金属弯曲试验方法：微裂纹：长度小于2mm, 宽度小于0.2mm;裂纹；长度2-5mm, 宽度0.2-0.5mm;裂缝:长度大于5mm, 宽度大于0.5mm;开裂：全宽度上的裂缝。还有不同材料的裂纹区分等。

释义

1材料在应力或环境(或两者同时)作用下产生的裂隙。分微观裂纹和宏观裂纹。裂纹形成的过程称为裂纹形核。已经形成的微观裂纹和宏观裂纹在应力或环境(或两者同时)作用下，不断长大的过程，称为裂纹扩展或裂纹增长。裂纹扩展到一定程度，即造成材料的断裂。裂纹可分为：交变载荷下的疲劳裂纹；应力和温度联合作用下的蠕变裂纹；惰性介质中加载过程产生的裂纹；应力和化学介质联合作用下的应力腐蚀裂纹；氢进入后引起的氢致裂纹。每一类裂纹的形成过程及机理都不尽相同。裂纹的出现和扩展，使材料的机械性能明显变差。抗裂纹性是材料抵抗裂纹产生及扩展的能力，是材料的重要性能指标之一。

2 裂璺

3 瓷器在烧制时有意做成的像裂璺的花纹。

4 GB-T232-1988金属弯曲试验方法附录A 规定

微裂纹: 长度小于2mm, 宽度小于0.2mm;

裂纹;长度2-5mm, 宽度0.2-0.5mm;

裂缝:长度大于5mm, 宽度大于0.5mm;

开裂:全宽度上的裂缝

裂纹(crack)

一种钢锭缺陷。裂纹按照在钢锭上存在的部位，可分为表面裂纹(图1)和内部裂纹(图2)。表面裂纹于精整时用肉眼即可观察到，其中的横向裂纹能引起轧材拉裂，纵向裂纹能引起轧材劈裂；内裂纹只有在低倍检验或无损探伤时才可发现，它可引起轧材的内裂，严重时能造成轧材分层。裂纹按形成的时期，可分为热裂纹和冷裂纹。前者是在钢锭凝固过程中或凝固后不久，由于热应力、钢液静压力、锭壳收缩阻力和其他外力的作用而引起的；后者是在钢锭冷却到固态相变时，由于相变组织应力和热应力的作用而引起。冷裂纹形成时有金属响声，故亦称“响裂”。热裂纹的断口粗糙、无光泽；冷裂纹的断口光滑、有金属光泽。

成因

钢锭在应力作用下，局部的实际变形量超过其塑性极限时，引起局部断裂，即成裂纹。热裂纹与冷裂纹具有不同的应力来源和断裂机理。

热裂纹的成因

钢在凝固以后的温降过程中，在三个温度区段中，呈现为脆性。钢中化学成分，特别是含碳量，影响其高温脆性的严重程度和脆性温度范围。通常，钢在刚凝固后不久，就进入第1个脆性温度区域。此时，钢锭凝固坯壳由于冷凝收缩而趋向离开钢锭模壁的支承，从而承受着内部钢水的静压力拉伸作用。同时，模壁某些不平整处阻碍钢锭坯壳的收缩，也会产生拉伸应力作用于局部坯壳。由于钢正处在高温脆性区域，这类应力所引起的坯壳局部变形，很容易超过钢的允许最大变形量，从而产生表面裂纹。随着温度的下降，不久又会进入钢的第2个高温脆性区域。对于低碳钢而言，1000～1100℃是第2脆性区域。此时，由于钢锭中各点的温度和温度变化速率不一样，引起热应力，很容易使局部变形超过允许最大变形量，从而产生表面裂纹和内裂纹，或者是使已有的裂纹扩大。

冷裂纹的成因

钢中奥氏体的比容最小，铁素体次之，马氏体的比容最大。因此，随着温度下降，钢中奥氏体分解时，伴随有体积膨胀。这种膨胀受到周围材料约束而产生的应力，称为相变组织应力。同时，由于钢锭内外层存在显著的温度差和温度变化速率的不同，钢锭各点的热膨胀变形大小就不同，相互约束而引起应力，称为热应力。在相变组织应力和热应力作用下，钢锭的某些局部发生脆性断裂，即成冷裂纹。

冷裂纹是合金钢的主要缺陷，经常在850～600℃温度范围内奥氏体发生分解时产生。有时，在300℃以下，由于残余奥氏体分解，也能形成冷裂纹。

热裂纹防止措施热裂是钢锭在热应力作用下，局部变形超过允许最大变形量而产生的。因此，增加钢的高温塑性，即改善钢的高温抗裂性，就是防止钢锭产生裂纹的一个重要方面。为此，降低钢中硫含量，适当增加钢中锰含量，采用变质剂或其它工艺措施增加钢锭中的等轴晶率，均可增加钢的抗裂性，起到防止裂纹的作用。

此外，针对各种裂纹形成时的外因，也可有不同的防止措旋。

收缩阻碍裂纹收缩阻力作用于钢锭表面。引起各类表面裂纹：

(1)飞翅旁的面纵裂和角纵裂。由于锭模内壁开裂，钢液渗入形成飞翅，阻碍局部凝壳冷凝收缩，致使其近旁产生的裂纹。因此应将锭模内壁的开裂修磨平，以防其引起钢锭裂纹。

(2)表面龟裂。由于钢锭模内壁龟裂，钢液渗入产生网状飞翅，从而局部阻碍冷凝收缩，致成网状裂纹。其防止措施是，注意钢锭模内壁的修磨和钢锭模更新。

(3)下部横裂。由于模底砖损坏，钢锭模底孔被熔蚀粘钢而阻碍钢锭纵向冷凝收缩，致使钢锭下部产生横裂。此外，若钢锭模内壁过于粗糙，也会阻碍钢锭纵向收缩，导致横裂。防止措施是注意安放好模底砖，加强锭模修磨管理。

(4)头部横裂。由于保温帽内衬破损、安装不当，或者是钢水溢出钢锭模，造成钢锭悬挂，使其头部在锭重的拉力作用下而产生横裂。为防止这种横裂，正确安装和安放保温帽，需注意保温帽与钢锭模间的密封连接，以防钢水渗入缝隙后造成悬挂。同时浇注时不要溢钢造成悬挂。

(5)底部飞边裂纹。由于锭模与底盘接合不紧密，钢水渗入形成飞边阻碍底部收缩而产生。故需注意模底面修磨和列模操作良好。

(6)凸块阻碍裂纹。由于模壁凹坑造成锭面凸块，阻碍坯壳局部收缩，致成裂纹。需修磨平模壁上的凹坑。

(7)重皮邻近裂纹。由于重皮对坯壳局部收缩的阻碍，产生收缩阻碍应力。同时由于在重皮边缘处钢水渗入不满，形成表面凹坑，此处导热恶化，坯壳较薄。故而在重皮邻近处产生裂纹。为防止这种裂纹产生浇注时应恰当控制注速，变化缓慢、开浇稳定，防止重皮形成。

(8)黏模阻碍裂纹。由于模温或注温过高，造成坯壳粘模，阻碍收缩，致成裂纹。其防止措施是，合理控制模温和注温。

扁锭宽面纵裂锭壳承受钢水静压力时，其横截面的每一个边均似一个两端固定而承受静压均布载荷的梁。其宽面上梁的两支点跨度最大，故宽面中心所受拉应力最大，极易引起纵裂。为减小该处的拉应力，就要设法减小钢锭宽面上受静压力支承点之间的距离。为此，对于一般扁锭，应控制宽厚比不大于3；对于大扁锭，可在宽面上设计几条纵向凸筋，以增加模壁对坯壳的支点，减小支点之间的跨度。

轴心晶间裂纹在锭心凝固时，钢锭外层约束着心部的凝固收缩，产生拉力，致使锭心产生放射状的裂纹。此时，若锭心钢液的流动性不好，不能补流入已出现的裂纹，则裂纹将留存下来而成轴心晶间裂纹。含铬量高的钢种，诸如Cr5Mo、1Crl3、Crl7、Cr25、Cr27、18CrNiW等，导热性差、高温塑性差、流动性差，因而易产生这种裂纹。其防止办法是，增大锭模锥度，以改善锭心凝固时钢液补入的条件，从而充填消除轴心晶间裂纹。此外，加大钢锭的加工压缩比，也可促使轴心晶间裂纹弥合。

冷裂纹的防止措施由于相变而发生的组织应力是引起冷裂纹的主要原因。因此，在冷却过程中，相变体积膨胀愈小的钢种则冷裂倾向愈小。故而莱氏体钢和马氏体钢的冷裂倾向最大，珠光体钢次之，铁素体钢较小；奥氏体钢冷却时无相变，基本不产生冷裂。为了防止冷裂，可以让冷凝完毕的钢锭缓慢冷却，长时间保持较高温度，保证奥氏体能充分分解成珠光体，以减小相变组织应力。在实际操作中，根据钢种不同和钢锭的大小不同，亦即根据其热应力和相变组织应力的严重程度不同，可以采用不同的缓冷措施。

常用的缓冷措施有3种：

(1)模冷，即让钢锭留在已被加热的锭模内慢慢冷却后再脱模；

(2)坑冷，即将脱模的红热钢锭堆入一个耐火材料砌成的保温坑内缓慢冷却；

(3)退火，即将脱模的红热钢锭送入专用的退火炉，进行长时间退火，保证奥氏体组织完全分解成珠光体。

通常，针对不同钢种和钢锭大小，分别选用的措施有：

(1)珠光体钢(含合金元素较少、含碳较低)采用模冷。

(2)珠光体钢(含合金元素较多、含碳较高)，小钢锭采用模冷，大钢锭采用坑冷。

(3)珠光体-马氏体钢，采用坑冷或退火。

(4)半铁素体-半马氏体钢、含碳较少的马氏体钢，小钢锭采用坑冷，大钢锭采用退火。

(5)马氏体钢(含碳量较高)、莱氏体钢，均应采用退火。

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