室温~500℃时，铋易切削钢拉伸塑性随温度的变化趋势如图4所示，由图4可知，铋易切削钢在铋熔点温度(271.3℃)附近的塑性显著降低，即铋易切削钢出现了蓝脆温度区的脆性断裂。
图4铋易切削钢拉伸断面收缩率随温度的变化
在切削加工变形过程中，一方面铋夹杂可作为应力集中源促使裂纹产生，另一方面随着切削加工温度的升高，钢中析出的单质铋将以液态的形式存在，切削加工变形过程中有裂纹诱发产生时，液态铋将流入裂纹尖端以减少原子键的结合能，从而促使裂纹的形核和扩展，即产生显著的液态金属脆化作用(lem)从而引起钢的切削加工脆化，促使切屑断裂。
综上所述，切削加工时低熔点元素铋对钢的脆化作用，主要与铋的液态金属脆化作用有关，在铋熔点温度附近显著降低钢的塑性，从而使铋易切削钢具有优良的可切削加工性能。
2.2高温变形温度区间铋对钢脆化行为的影响
图5所示为试验钢高温拉伸性能随温度的变化曲线。
(a)断面收缩率； (b)抗拉强度
图5 试验钢高温拉伸性能随温度的变化
由图5(a)可知，变形温度对铋易切削钢的热塑性有显著影响，1000℃及以下温度时试验钢的热朔性显著降低，断面收缩率小于30%。mintz b等指出，当钢断面收缩率在60%以下时，热塑性较差，此时易于产生高温变形裂纹。故铋易切削钢在1000℃及以下温度进行连铸矫直或轧制时，低的热塑性是导致其高温变形裂纹产生的主要原因。此外，由图5(b)可知，试验钢的高温抗拉强度随温度的升高而不断降低，特别是在1050℃以上温度时，抗拉强度降低显著。
(a)1000℃断口；(b)1150℃断口。
图6典型高温拉伸断口的sem形貌
图6所示为试验钢热塑性较差和较好时典型拉伸断口的形貌对比。可以看出，1000℃时，铋易切削钢的断口以沿晶脆性断裂为主，断口表面存在较多的解理面和部分沿晶开裂纹(图6(a))，这说明此时晶界强度明显较弱，从而导致了钢较差的塑性；1150℃时，拉伸断口为典型的韧性断裂，断口上有大量韧窝出现，可能与此时钢基体本身具有良好的塑性有关，但断口存在韧窝的同时又有少量的开裂纹出现(图6(b))这说明此时由于晶界上可能有液态铋存在而使其晶界强度相对较低。
选取试验钢热塑性较差与较好时的拉伸断口进行纵剖，采用sem对断口的纵剖微观组织进行分析，结果如图7所示。
(a)1000℃口沿晶裂纹形貌；(b)1000℃断口晶界铋膜；(c)1150℃断口形貌；(d)晶界铋膜eds能谱。
图7典型高温拉伸断口纵剖组织的sem形貌
热塑性较差时，铋易切削钢的拉伸断口存在明显的沿晶开裂纹(图7(a))，且在开裂晶界上发现了铋膜的偏聚(图7(b)(d))，高温变形时奥氏体晶界偏聚的铋膜将以液态形式存在，显著降低晶界强度，脆化晶界，导致高温变形时奥氏体晶界的脆性开裂。结合图7(c)与图5(b)可知，热塑性较好时，铋易切削钢的拉伸断口发生了明显的塑性变形(图7(c))，且此时钢基体的强度较低(图5(b))。即高温时钢基体由于其强度低而更易于发生变形，故此时钢基体本身良好的变形能力是其热塑性较好的主要原因。
综上所述，奥氏体晶界上铋膜的偏聚是造成高温变形温度区间钢脆性行为的主要原因，即铋易切削钢差的热塑性与铋的奥氏体晶界偏聚有关。
3、结论
(1)在切削加工过程中，低熔点元素铋对钢的脆化作用，可促使易断的“c形”脆性屑形成，利于切削加工的进行，使得铋易切削钢具有优良的可切削加工性能。
(2)在切削加工过程中，低熔点元素铋对钢脆化行为的影响，主要与钢中铋的液态金属脆化作用有关，显著降低钢在铋熔点温度区的塑性。
(3)在高温变形过程中，低熔点元素铋对钢脆化行为的影响，主要与奥氏体晶界上铋膜的偏聚有关。危害钢的晶界强度，显著降低钢在1000℃及以下试验温度时的热塑性。
