鍛造鍛件的坯料在加熱過程中，當(dāng)其內(nèi)應(yīng)力超過它在一定溫度下的強(qiáng)度極限時(shí)，就要產(chǎn)生裂紋。通常內(nèi)應(yīng)力有溫度應(yīng)力、組織應(yīng)力和殘余應(yīng)力。
1.溫度應(yīng)力
坯料在加熱過程中，由于表層和里層溫度不一致，產(chǎn)生溫度差，因?yàn)楸怼⒗锝饘俚呐蛎浭遣痪鶆虻模魍獗韺酉仁軣岫蛎洠飳咏饘儆捎诤笫軣岫拗仆獗韺拥呐蛎洠谑窃诿魍獗韺右饓簯?yīng)力，而在內(nèi)層引起拉應(yīng)力。這種由坯料上溫度不均勻而產(chǎn)生的應(yīng)力稱為溫度應(yīng)力，也稱熱應(yīng)力。
溫度應(yīng)力的大小與加熱速度，鍛件的坯料斷面上的溫度差以及金屬本身的性質(zhì)相關(guān)。加熱速度越快，材料的導(dǎo)熱性越差，坯料斷面尺寸越大，則其溫度差也越大，因此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力也越大。當(dāng)被加熱金屬還沒有足夠的塑性，基本處在彈性狀態(tài)時(shí)，溫度應(yīng)力可能超過金屬在某溫度下的強(qiáng)度極限,使金屬內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。但隨著溫度的上升，如果金屬的塑性提高了，由于局部塑性變形可使溫度應(yīng)力得到部分的消除，此時(shí)溫度應(yīng)力就不甚危險(xiǎn)了。例如對(duì)于碳鋼和一般合金結(jié)構(gòu)鋼，只是在550℃~650℃以前，塑性較低，處在彈性狀態(tài)，快速加熱是危險(xiǎn)的。而奧氏體合金鋼在600℃~900℃時(shí)，塑性會(huì)急劇降低，所以在此溫度范圍內(nèi)應(yīng)進(jìn)行緩慢而均勻的加熱，特別對(duì)于大截面的坯料，更應(yīng)如此。
2.組織應(yīng)力
具有相變的金屬在加熱過程中，由于發(fā)生相變還會(huì)產(chǎn)生組織應(yīng)力，例如，鋼由α鐵轉(zhuǎn)變?yōu)?gamma;鐵時(shí)，體積（比容）要收縮1%，表面層先相變先收縮，而里層相變就阻礙了外層的收縮，于是在外層引起拉應(yīng)力，內(nèi)層引起壓應(yīng)力。同樣，珠光體變?yōu)閵W氏體時(shí)，由于比容減少，在外層引起拉應(yīng)力，內(nèi)層引起壓應(yīng)力，恰好和溫度應(yīng)力的方向相反，使總的應(yīng)力值減少，當(dāng)內(nèi)層溫度升高而發(fā)生相變時(shí),則塑性大為提高，這時(shí)適當(dāng)加快加熱溫度，也不會(huì)導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。因此，組織應(yīng)力對(duì)坯料內(nèi)部形成裂紋的影響不大。
3.殘余應(yīng)力
鋼錠在凝固和冷卻過程中，由于外層和中心冷卻次序不同，各部分之間相互牽制將產(chǎn)生殘余應(yīng)力。鋼錠凝固時(shí)，由于外層先冷卻，中心層后冷卻，因此外層為壓應(yīng)力，中心層為拉應(yīng)力。當(dāng)殘余應(yīng)力超過強(qiáng)度極限時(shí)，金屬材料將產(chǎn)生裂紋。大鋼錠加熱時(shí)，對(duì)殘余應(yīng)力要足夠重視。
所以鍛件的坯料在加熱過程中，由于內(nèi)應(yīng)力引起的裂紋，主要是溫度應(yīng)力造成的，一般裂紋發(fā)生在加熱低溫階段，并發(fā)生在心部。因此在500℃~650℃以下加熱時(shí)，應(yīng)避免加熱速度過快。在加熱時(shí)，應(yīng)降低裝爐溫度，并保溫一段時(shí)間，待內(nèi)外溫度一致時(shí)再繼續(xù)升溫。
