近日，先进凝固技术中心团队在钢的热裂机理及条件方面的研究取得重要进展，相关研究成果以“A hot tearing propagation model for steel”为题发表在材料科学领域顶级学术期刊Journal of Materials Processing Technology（中科院一区Top期刊）。该论文第一完成人为林增煌博士研究生，上海大学为第一作者单位，仲红刚博士为通讯作者。合作者还包括普渡大学韩青友教授。

热裂是金属凝固过程中形成的破坏性缺陷，广泛存在于涉及液固转变的金属制备领域。热裂的基础研究已有逾百年的历史，但是由于热裂的复杂性加之测试手段的限制，热裂的物理本质没有被完全揭晓，热裂扩展的机理和条件仍没有明确的定论。在这项研究工作中，作者提出了基于能量平衡的热裂纹扩展模型,并利用CAST团队原创的动态加载热裂热模拟试验机测试了钢的热裂扩展条件。结果表明,“机械搭桥"和“冶金搭桥”条件下，热裂表现出明显不同的力学行为,但其裂纹能释放率分别为定值。然后,基于模型和实验现象推导出了热裂纹扩展判据,仿真结果与实际裂纹发生情况符合很好。该工作为定量研究和预测合金热裂行为提供了新的思路。

利用热裂热模拟试验机，我们在连续凝固的过程中，主动加载特定的应变速率，复现了碳钢在不同凝固条件下的热裂发生情况，精确测定了一系列的热裂临界条件。实验结果表明，热裂扩展时晶间搭桥受否参与抵抗热裂，受到冷速、应变速率等条件的调控，并且晶间搭桥的有无使材料在热裂过程表现出明显不同的力学行为。在裂纹发生不可逆的迅速扩展时，不同断裂情况（有无搭桥）下的裂纹能释放率存在明显差异，又分别为定值。据此我们提出了基于能量平衡且考虑了晶间搭桥的影响的热裂扩展模型与判据，并将其应用于数值模拟，判据包含开裂判断，同时具备热裂敏感性指标。该工作为定量研究和预测合金热裂行为提供了新的途径。

该研究得到国家自然科学基金和国家重点研发计划项目的资助。

文章链接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S0924-0136(23)00418-1