临界应变

临界应变是指冷变形加工时所达的这样一个形变率，即达此形变率则导致一次再结晶时形成非常粗大的晶粒。在所有的形变温度下，形变开始后，随着应变量的增加，变形抗力先是快速增加，当应变不同温度下的曲线达到一定程度时，形变抗力达到峰值，此时的应变称为临界应变。

临界应变简介

连铸坯裂纹是影响铸机产量和铸坯质量的重要缺陷，据统计，铸坯各类缺陷中约50%为裂纹。铸坯出现裂纹，重者会导致漏钢或废品，轻者要进行精整，这样既影响铸机生产率，又影响产品质量。因此，防止铸坯裂纹、提高铸坯质量一直是一个重要技术。

铸坯裂纹可以分为表面裂纹和内部裂纹两大类，这两类裂纹都严重危害铸坯质量。为了有效地防止裂纹的产生，了解裂纹产生的条件至关重要。就内裂纹而言，其形成与铸坯鼓肚、支导辊不对中、铸坯表面回热以及带液芯矫直等有关，但归根结底是由于铸坯凝固过程中，凝固前沿所受的拉应变超过了裂纹形成的临界应变值而造成的。

临界应变铸坯内裂纹形成的临界应变

1981年，J. Miyazaki等人通过将正在凝固的钢锭弯曲研究了不同成分的钢在不同应变速率条件下裂纹形成的临界应变。被弯曲的钢锭尺寸为330（高）x 220（宽）x 100（厚）mm，凝固组织为充分发展的柱状晶，用硫印检查钢锭中的裂纹，通过将钢锭变形与有限元应力分析结果进行比较而得到裂纹产生处的应变值。图1为所得的临界应变一应变速率曲线。图中号码

①一

⑥对应于表1中的钢锭成分。

由图1可以看出，

①号钢锭，含C量较低，当应变速率为10-3/S时，临界应变值为1.5%，裂纹敏感性最低；

③、

④号钢锭含C量有所增加，相同应变速率条件下，临界应变为1.0%，裂纹敏感性有所增大；

⑤、

⑥号钢锭含C量较高，

②号钢锭含S量较高，其裂纹敏感性均异常突出，临界应变值非常低，仅0.5%-0.6%。由上可见，增加C含量和增大应变速率均使临界应变值降低；高C高S的钢种裂纹敏感性非常突出，临界应变值很低，且几乎与应变速率大小无关。

1986年，T. Matsumiy等人设计了一种原位熔化一弯曲试验装置，测定了不同含C量的钢内裂纹形成的临界应变。试样尺寸为450（长）x 80（宽）x 35（高）mm ，取自板坯柱状晶区，长度方向与浇铸方向一致。试验时，长方体试样上表面中心被高频感应加热熔化，然后减小加热电流，形成约20mm厚的凝固层，之后将试样弯曲，使凝固前沿产生拉应变。利用梁的弯曲理论，并假定材料在高温下的变形主要是蠕变变形，而得到凝固前沿产生的应变量，并用有限元分析方法进行验证。整个试验在Ar气气氛下进行，试验完毕后对试样中的内裂纹进行检查，将裂纹情况与凝固前沿的应变量进行对照，确定内裂纹形成的临界应变值。试验中，凝固前沿应变速率为5x10-4/s。试样成分见表2，各试样的临界应变值见图2。由图可以看到，除

③号试样外，其余试样随着含C量的增加，临界应变值减小。

1995年，A . Yamanaka等人用带液芯的圆柱形钢锭的拉伸试验研究了低碳钢内裂纹形成的临界应变。试验钢锭尺寸为。155 x 700（mm ），成分为0.15%C-0.6%Mn-0.02%P-0.012%S。实验中设定了两种变形方式，一种是连续变形，另一种是间歇变形。前者用以研究应变、应变速率对内裂纹的影响，后者用以研究应变累积对内裂纹的影响。图3为所得的临界应变随应变速率变化的曲线。由图可见，增大应变速率，临界应变减小，当应变速率超过2 x 10s时，临界应变值基本保持在1.6%。

1996年，Chong Hee YU等人研究了超低碳钢、低碳钢、包晶碳钢、中碳钢以及高碳钢裂纹形成的临界应变与应变速率、含C量等因素的关系。其研究结果表明，裂纹形成与应变速率关系不大，实验中应变速率的范围为5-50 x 10/s，而主要取决于含C量。临界应变值包晶碳钢为2.0%，超低碳钢为1.5%，低中高碳钢为1.0%，如图4所示。

值得注意的是，图4和图2中的结果，尽管数据不尽相同，但临界应变随C含量的变化规律却十分相似，特别是在0.09%-0.15%C范围内，临界应变出现一个峰值。点一般性的认识：

1.随应变速率的增大，临界应变值降低。

2.硫含量增加，临界应变急剧降低。

3.普通碳钢的临界应变，除包晶碳含量范围（0.09%-0.15%）有一峰值外，基本上随含碳量增加而逐渐降低。

临界应变因含C量不同其取值大致如下：

1.低碳钢（<0.25%C），1.5%-2.0%，其中包晶碳钢（0.09%-0.15%C）取上限。

2.中碳钢（0.25%-0.60 % C），0.81%-1.0% 。

3.高碳钢（>0.60%C），0.5%-0.8% 。

临界应变实际应用

实际应用包括：判断所设计工艺过程的安全裕度；指导选用合适的材料和成形工艺；合理利用变形可控因素，完善冲压过程；发现试压时的间题，找出改进措施和确定坯料的合适形状；开展工艺性研究，积累生产经验；检查工艺措施合理性，提高复杂冲压制件的成形质量；用于生产过程的控制和监视，及时稳定生产中的变化因素；诊断生产故障。例如在确定生产中模具准备是否合适、诊断生产中制件出现过度变薄或破裂的原因时，首先要做出所选薄板的成形极限图，并将圆形网格系统制作在坯料的临界应变区域内（每块坯料中的位置一样）。将坯料成形为制件并测量临界位置处变形后的网格，将测定的应变值标在成形极限图上。制件的临界应变区域可由肉眼观察颈缩或破裂决定，或根据经验选定。

临界应变总结

铸坯内裂纹是由于凝固过程中凝固前沿所受的拉应变超过某一临界应变值造成的，这一临界值既与应变速率有关，又与钢的C、S含量有关。应变速率增大，临界应变值随之降低；增加S的含量，钢的临界应变值急剧减小；碳钢的临界应变，除0.09%-0.15%C范围内有一峰值外，基本上随含C量增加而逐渐降低，在连铸典型的应变速率条件下，临界应变值大致如下：低碳钢（<0.25%C），1.5% -2.0%，其中包晶碳钢（0.09%-0.15%C）应取上限；中碳钢（0.25%-0.60%C），0.8%-1 .0%；高碳钢（>0.60%C），0.5%-0.8%。