1、5.3 金屬塑性加工物理基礎(chǔ) 5.3.1金屬冷態(tài)下的塑性變形金屬冷態(tài)下的塑性變形 5.3.1.1冷態(tài)下塑性變形機(jī)理冷態(tài)下塑性變形機(jī)理 塑性成形所用的金屬材料絕大部分是多晶體，多晶體是由塑性成形所用的金屬材料絕大部分是多晶體，多晶體是由許多結(jié)晶方向不同的晶粒組成。每個(gè)晶?？煽闯墒且粋€(gè)單許多結(jié)晶方向不同的晶粒組成。每個(gè)晶粒可看成是一個(gè)單晶體。晶粒之間存在厚度相當(dāng)小的晶界。晶體。晶粒之間存在厚度相當(dāng)小的晶界。 多晶體的在冷態(tài)下的塑性變形機(jī)制包括：晶體一部分相對(duì)多晶體的在冷態(tài)下的塑性變形機(jī)制包括：晶體一部分相對(duì)另一部分的滑移、孿生另一部分的滑移、孿生(晶內(nèi)變形晶內(nèi)變形)、晶粒之間相互滑動(dòng)和、晶粒之間相

2、互滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)(晶間變形晶間變形)。具體內(nèi)容在。具體內(nèi)容在之范性形變之范性形變中講解。中講解。5.3 金屬塑性加工物理基礎(chǔ) 5.3.1.2 冷塑性變形的特點(diǎn) 由于組成多晶體的各個(gè)晶粒位向不同，塑性變形不是在所有的晶粒內(nèi)同時(shí)發(fā)生，而是首先在那些位向有利、滑移系上的切應(yīng)力分量已優(yōu)先達(dá)到臨界值的晶粒內(nèi)進(jìn)行。 要求每個(gè)晶粒進(jìn)行多系滑移，即除了在取向有利的滑移系中進(jìn)行滑移外，還要求其他取向并非很有利的滑移系也參與滑移。 多晶體變形的另一特點(diǎn)是變形的不均勻性。5.3 金屬塑性加工物理基礎(chǔ) 5.3.1.3 冷塑性變形對(duì)金屬組織和性能的影響 1、組織的變化 1) 晶粒形狀的變化 金屬經(jīng)冷加工變形后，其晶粒形

3、狀發(fā)生變化，變化趨勢(shì)大體與金屬宏觀變形一致。 2) 晶粒內(nèi)產(chǎn)生亞結(jié)構(gòu) 3) 晶粒位向改變(變形織構(gòu)) 多晶體中原為任意取向的各個(gè)晶粒，會(huì)逐漸調(diào)整其取向而彼此趨于一致。這種由于塑性變形的結(jié)果而使晶粒具有擇優(yōu)取向的組織，稱為“變形織構(gòu)”。5.3 金屬塑性加工物理基礎(chǔ) 2、性能的變化 其中變化最顯著的是金屬的力學(xué)性能，即隨著變形程度的增加，金屬的強(qiáng)度、硬度增加，而塑性韌性降低，這種現(xiàn)象稱為加工硬化。 對(duì)于不能用熱處理方法強(qiáng)化的材料，借助冷塑性變形來提高其力學(xué)性能就顯得更為重要。 加工硬化對(duì)金屬塑性成形也有不利的一面。它使金屬的塑性下降，變形抗力升高，繼續(xù)變形越來越困難，特別是對(duì)于高硬化速率金屬的多道

4、次成形更是如此。5.3 金屬塑性加工物理基礎(chǔ) 5.3.2 金屬熱態(tài)下的塑性變形 在熱塑性變形過程中，回復(fù)、再結(jié)晶與加工硬化同時(shí)發(fā)生，加工硬化不斷被回復(fù)或再結(jié)晶所抵消，而使金屬處于高塑性、低變形抗力的軟化狀態(tài)。 5.3.2.1 熱塑性變形時(shí)的軟化過程 按其性質(zhì)可分為以下幾種：動(dòng)態(tài)回復(fù)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，靜態(tài)回復(fù)，靜態(tài)再結(jié)晶，亞靜態(tài)再結(jié)晶等。動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶是在熱塑性變形過程發(fā)生的；而靜態(tài)回復(fù)、靜態(tài)再結(jié)晶和亞動(dòng)態(tài)再結(jié)晶則是在熱變形的間歇或熱變形后，利用金屬的高溫余熱進(jìn)行的。 具體細(xì)節(jié)在之回復(fù)與再結(jié)晶中講解。5.3 金屬塑性加工物理基礎(chǔ) 5.3.2.2 熱塑性變形機(jī)理 金屬熱塑性變形機(jī)理主要有：晶內(nèi)滑

5、移，晶內(nèi)孿生，晶界滑移和擴(kuò)散蠕變等。 1、晶內(nèi)滑移和晶內(nèi)孿生 在通常條件下(一般晶粒大于10m以上時(shí))，熱變形的只要機(jī)理仍然是晶內(nèi)滑移?；葡禂?shù)目少的密排六方金屬中晶內(nèi)孿生是可能的塑性變形機(jī)制之一。 2、晶界滑移 熱塑性變形時(shí)，由于晶界強(qiáng)度低于晶內(nèi)，使得晶界滑移易于進(jìn)行；又由于擴(kuò)散作用的增強(qiáng)，及時(shí)消除了晶界滑動(dòng)所引起的破壞。 5.3 金屬塑性加工物理基礎(chǔ) 3、擴(kuò)散性蠕變 擴(kuò)散性蠕變是在應(yīng)力場(chǎng)作用下，由空位的定向移動(dòng)所引起的。擴(kuò)散性蠕變 5.3.2.3 熱塑性變形的金屬組織和性能的影響 1、改善晶粒組織 熱塑性變形可以改善晶粒組織。通常應(yīng)用動(dòng)態(tài)再結(jié)晶圖進(jìn)行論述。GH4037鎳基高溫合金的動(dòng)態(tài)再結(jié)

6、晶圖 2、鍛合內(nèi)部缺陷 如微裂紋、疏松等。 3、破碎并改善碳化物和非金屬夾雜物在鋼中的分布 4、形成纖維組織鋼錠鍛造過程中纖維組織形成示意5.4 金屬的塑性加工成形性金屬的塑性加工成形性5.4.1 金屬的熱成形性能金屬的熱成形性能5.4.1.1 金屬的可鍛性金屬的可鍛性金屬在熱狀態(tài)下的成形性能通常用金屬的可鍛金屬在熱狀態(tài)下的成形性能通常用金屬的可鍛性性 (Forgeability)來衡量，它是表示材料在熱來衡量，它是表示材料在熱狀態(tài)下經(jīng)受壓力加工時(shí)塑性變形的難易程度。狀態(tài)下經(jīng)受壓力加工時(shí)塑性變形的難易程度。若材料在熱態(tài)下很易進(jìn)行塑性變形，則說明若材料在熱態(tài)下很易進(jìn)行塑性變形，則說明其可鍛性好。

7、相反，則可鍛性差，因而就不其可鍛性好。相反，則可鍛性差，因而就不宜用壓力加工方法來成形。因而，可鍛性是宜用壓力加工方法來成形。因而，可鍛性是金屬熱加工的一種重要工藝性能。金屬熱加工的一種重要工藝性能。可鍛性的優(yōu)劣一般常用金屬的塑性和變形抗力可鍛性的優(yōu)劣一般常用金屬的塑性和變形抗力兩個(gè)指標(biāo)來衡量。金屬的塑性愈高，變形抗兩個(gè)指標(biāo)來衡量。金屬的塑性愈高，變形抗力愈低，則其可鍛性愈好，反之則差。這是力愈低，則其可鍛性愈好，反之則差。這是因?yàn)樗苄愿摺⒆冃慰沽Φ?，即使在變形量很因?yàn)樗苄愿?、變形抗力低，即使在變形量很大的情情況下也不易產(chǎn)生裂紋，且變形時(shí)消大的情情況下也不易產(chǎn)生裂紋，且變形時(shí)消耗的能量也小。耗

8、的能量也小。 5.4.1.2 影響可鍛性的因素 可鍛性是金屬在熱態(tài)下進(jìn)行塑性加工的基礎(chǔ)，它主要取決于金屬的成分、組織和加工條件。 1、金屬的成分 不同成分的金屬材料的可鍛性是不一樣的。一般來說，純金屬的可鍛性比合金好，低碳鋼的可鍛性優(yōu)于高碳鋼，低碳低合金鋼的可鍛性優(yōu)于高碳高合金鋼。原因：純金屬的塑性比合金好，變形抗力低。在鋼中，隨碳和合金元素含量的增加，不僅固溶強(qiáng)化作用增大，而且還會(huì)形成熔點(diǎn)高、硬而脆的合金碳化物，特別是在高碳高合金鋼中往往易出現(xiàn)硬而脆的共晶萊氏體，使鋼的強(qiáng)度和塑性顯著降低，脆性增大，所以高碳高合金鋼的可鍛性較差。有害雜質(zhì)元素的存在也會(huì)嚴(yán)重影響材料的可鍛性，例如鋼中含有較高的硫

9、或氫，工業(yè)純銅中含有較高的鉛或鉍，都會(huì)使材料的可鍛性顯著變壞。 2、金屬的組織 金屬的組織不同，其可鍛性有很大的差別。通常單相組織的可鍛性比多相組織的可鍛性好，這是因?yàn)閱蜗嘟M織均勻、塑性高。多相組織易造成組織的不均勻性，且各相的塑性有很大差別，會(huì)引起變形的不均勻性，因而可鍛性差。 例如在高速鋼和高碳高鉻鋼等高合金工具鋼中，由于有大量的硬而脆的合金碳化物存在，且常易在晶界上形成連續(xù)或不連續(xù)的網(wǎng)狀組織，使鋼變脆，故其可鍛性比一般的碳鋼、低合金鋼要差得多。此外，鑄態(tài)下的柱狀組織、粗晶粒組織、晶界上存在偏析、或有共晶萊氏體組織存在，均使塑性變差，易產(chǎn)生不均勻變形，故其可鍛性也差。 3、加工條件 1)

10、變形溫度 一般來說，隨變形溫度的升高，可提高金屬的可鍛性。這是因?yàn)闇囟雀?，原子的熱振?dòng)增大，使滑移變形的阻力減小，因此使塑性增大、變形抗力減小，從而提高金屬的可鍛性。但是，對(duì)于不同的合金隨溫度的升高其可鍛性有很大的差異，如下圖所示。不同合金系列不同合金系列8種典型金屬的可鍛性種典型金屬的可鍛性純金屬及單相純金屬及單相(鉛、鉬、鎂鉛、鉬、鎂)合金；合金；純金屬及單相合金純金屬及單相合金(晶粒長大敏感者；晶粒長大敏感者；具有不溶組分的合金；具有不溶組分的合金；具有可溶組分的合金；具有可溶組分的合金；加熱時(shí)形成有塑性第二相的合金；加熱時(shí)形成有塑性第二相的合金；加熱時(shí)形成低熔點(diǎn)第二相的合金；加熱時(shí)形成

11、低熔點(diǎn)第二相的合金；冷卻時(shí)形成有塑性第二相的合金；冷卻時(shí)形成有塑性第二相的合金； 冷卻時(shí)形成脆性第二相的合金；冷卻時(shí)形成脆性第二相的合金；Tm熔化溫度。熔化溫度。 可見，對(duì)于晶粒長大很敏感的合金(類型)，其可鍛性隨溫度升高因晶粒急劇長大反而降低，尤其是當(dāng)晶界形成脆性相時(shí)，晶粒尺寸的增大對(duì)可鍛性的不利影響更為明顯。對(duì)于具有不溶性化合物的合金(類型)，不管變形溫度如何都呈現(xiàn)出脆性，可鍛性很差。而對(duì)于具有可溶性化合物的合金(類型)，隨溫度升高化合物可不斷溶入基體，因此可改善其可鍛性。此外，從圖中還可看到，類型到類型合金的可鍛性隨變形溫度的變化規(guī)律，這均說明了不同特性的第二相隨變形溫度的升高對(duì)合金的可

12、鍛性具有不同的影響。 最后還應(yīng)指出，對(duì)于所有的合金，當(dāng)溫度接近熔點(diǎn)時(shí)，會(huì)引起過燒，使可鍛性急劇降低。 2) 變形速度 變形速度對(duì)金屬可鍛性的影響具有雙重性，一方面由于隨著變形速度的增加，回復(fù)與再結(jié)晶過程來不及進(jìn)行，因而不能及時(shí)消除加工硬化現(xiàn)象，故使塑性降低，變形抗力增大，可鍛性變壞。另一方面，由于隨著變形速度的增高，產(chǎn)生熱效應(yīng)，使金屬的塑性升高，變形抗力降低，又有利于改善可鍛性。這種變化關(guān)系如下圖示出?？梢姡琣點(diǎn)左側(cè)其可鍛性隨變形速度的增大而變差，在a點(diǎn)的右側(cè)則相反。必須指出，變形時(shí)的熱效應(yīng)，除高速錘鍛造和高能成形外，在一般壓力加工成形過程中，由于變形速度低故不太顯著。 變形速度與塑性及抗力的

13、關(guān)系 1變形抗力變化的曲線 2塑性變化的曲線 3) 應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài) 用不同的壓力加工方法成形金屬時(shí)，所產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)和用不同的壓力加工方法成形金屬時(shí)，所產(chǎn)生的應(yīng)力狀態(tài)和變形抗力是不同的。對(duì)相同試件進(jìn)行拉拔與擠壓的對(duì)比試變形抗力是不同的。對(duì)相同試件進(jìn)行拉拔與擠壓的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果表明，拉拔時(shí)變形區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)兩向壓縮和一向拉伸應(yīng)驗(yàn)結(jié)果表明，拉拔時(shí)變形區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)兩向壓縮和一向拉伸應(yīng)力狀態(tài)，拉拔力力狀態(tài)，拉拔力P拉為拉為10.5kN。而擠壓時(shí)，則變?yōu)槿驂?。而擠壓時(shí)，則變?yōu)槿驂簯?yīng)力狀態(tài)，擠壓力應(yīng)力狀態(tài)，擠壓力P壓為壓為335kN，如下圖。，如下圖。應(yīng)力狀態(tài)條件對(duì)可鍛性的影響 (a)一試樣；(b)一拉拔；(c

14、)一擠壓由此可見，采用拉拔方法成形省力，但對(duì)材料的由此可見，采用拉拔方法成形省力，但對(duì)材料的塑性要求較高些；而用擠壓方法成形費(fèi)力，但可塑性要求較高些；而用擠壓方法成形費(fèi)力，但可降低對(duì)材料的塑性要求。所以對(duì)低塑性材料進(jìn)行降低對(duì)材料的塑性要求。所以對(duì)低塑性材料進(jìn)行壓力加工時(shí)，應(yīng)盡可能創(chuàng)造壓應(yīng)力狀態(tài)的變形條壓力加工時(shí)，應(yīng)盡可能創(chuàng)造壓應(yīng)力狀態(tài)的變形條件。理論和實(shí)踐都證明，在應(yīng)力狀態(tài)圖中，壓應(yīng)件。理論和實(shí)踐都證明，在應(yīng)力狀態(tài)圖中，壓應(yīng)力成分的數(shù)量愈多，則其塑性愈好；拉應(yīng)力成分力成分的數(shù)量愈多，則其塑性愈好；拉應(yīng)力成分的數(shù)量愈多，則其塑性愈差。這是因?yàn)樵诮饘賰?nèi)的數(shù)量愈多，則其塑性愈差。這是因?yàn)樵诮饘賰?nèi)部難

15、免會(huì)存在程度不同的微小氣孔或裂紋等缺陷，部難免會(huì)存在程度不同的微小氣孔或裂紋等缺陷，在拉應(yīng)力的作用下，易在缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力集中而在拉應(yīng)力的作用下，易在缺陷處產(chǎn)生應(yīng)力集中而破裂，從而損害金屬的塑性。而壓應(yīng)力則會(huì)增加破裂，從而損害金屬的塑性。而壓應(yīng)力則會(huì)增加金屬的內(nèi)摩擦，使變形難以產(chǎn)生，從而增大金屬金屬的內(nèi)摩擦，使變形難以產(chǎn)生，從而增大金屬的變形抗力。的變形抗力。 5.4.1.3 降低變形抗力的途徑 在熱壓力加工過程中，為了創(chuàng)造最有利的變形條件，充分地進(jìn)行變形，而所消耗的能量又最少，必須充分發(fā)揮金屬的塑性，降低變形抗力，其主要途徑有： (1)降低材料自身的變形抗力 最有效的措施是適當(dāng)提高熱變形時(shí)的溫

16、度。 (2)改善變形時(shí)的受力狀態(tài) 主要是采用合理的變形方案，設(shè)計(jì)合理的模膛，減少變形時(shí)的摩擦阻力。例如圓筒形零件可采用擠壓方法成形。 (3)減少加工過程中的接觸面積 這樣可顯著減小總變形力，可用小設(shè)備加工大零件。例如近年來用的擺動(dòng)輾壓新工藝就是利用這一原則。5.4.2 金屬的冷成形性能5.4.2.1 影響金屬冷成形性的主要力學(xué)性能參量前已述，金屬與合金在冷態(tài)下可通過沖壓、拉拔、彎曲、軋制、擠壓和鐓鍛等各種成形工藝來生產(chǎn)零件和半成品。金屬通過冷成形不僅可獲得一定形狀尺寸的產(chǎn)品，而且可改善其組織和性能。通常影響金屬冷成形性的主要力學(xué)性能參量如下：1、屈服強(qiáng)度s為了使冷變形易于進(jìn)行，而且能均勻地發(fā)生

17、變形，一般要求材料有低而均勻的屈服強(qiáng)度。 2、應(yīng)變硬化指數(shù)n 在拉伸試驗(yàn)中，對(duì)鋼的加工硬化行為可用下式表達(dá)=kn 式中為真實(shí)流變應(yīng)力；為真應(yīng)變； k為常數(shù)； n為應(yīng)變硬化指數(shù)，其大小表示材料發(fā)生頸縮前依靠加工硬化使材料發(fā)生均勻變形能力的大小。 可以證明，n在數(shù)值上與均勻變形量u是相等的。因而，n值大，均勻變形量大，這意味著因硬化而使應(yīng)變均勻分配的能力大，材料在變形過程中不易發(fā)生頸縮，這對(duì)于深沖壓的拉延成形是一個(gè)極為重要的性能指標(biāo)。所以為了保證最佳的拉延成形性，要求材料有大的n值。 3、塑性應(yīng)變比 塑性應(yīng)變比是材料塑性應(yīng)變方向性的度量，它可用下式表示=w/t 式中 w為寬度真應(yīng)變； t為厚度真應(yīng)

18、變。 大，表明材料的寬度真應(yīng)變大，而厚度真應(yīng)變小，所以它是決定材料深沖性能的關(guān)鍵參量。為了保證材料有良好的深沖性能以及使一般的冷成形工藝得以順利進(jìn)行，要求材料的塑性應(yīng)變比要大于1。 4、 u均勻變形量和斷裂總應(yīng)變量f 通常要求u均勻變形量和斷裂總應(yīng)變量f 盡可能的高，這無論是對(duì)于彎曲、拉拔和冷軋等成形工藝的順利進(jìn)行都是有好處的。 5.4.2.2 影響金屬冷成形性力學(xué)性能參量的冶金因素 影響金屬冷成形性的力學(xué)性能參量的冶金因素主要是材料的種類和成分、組織結(jié)構(gòu)以及冶金質(zhì)量。 1、材料的種類和成分 不同的金屬或合金對(duì)上述力學(xué)性能參量有不同的影響。通常面心立方金屬或合金比體心方金屬或合金具有低的屈服強(qiáng)

19、度、更好的塑性和較大的n值，故其冷成形性能比體心立方金屬或合金好。 在純金屬中加入了合金元素后將形成固溶體，并可能出現(xiàn)第二相，形成多相合金，由于固溶強(qiáng)化和第二相的強(qiáng)化作用將會(huì)引起合金屈服強(qiáng)度的升高、塑性和應(yīng)變硬化指數(shù)的降低。因而，一般均降低材料的冷成形性能。 例如冷壓力加工用鋼，隨鋼中碳、錳、硅和磷等含量的增高，其冷成形性能將變壞。為此，對(duì)冷壓力加工用鋼，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，應(yīng)盡可能降低碳、硅含量，嚴(yán)格控制有害元素磷的含量。例如冷沖壓薄板鋼通常都采用低碳沸騰鋼08F和10F。 2、材料的組織結(jié)構(gòu) 通常細(xì)化晶粒不僅可提高材料的屈服強(qiáng)度，而且可改善塑性。在鋼中隨鐵素體的細(xì)化，雖然塑性可得到改善

20、，但屈服強(qiáng)度提高，應(yīng)變硬化指數(shù)減小。因而，對(duì)冷壓力加工用鋼而言，為改善其冷成形性能，鐵素體晶粒不宜太細(xì)。此外，采用適當(dāng)?shù)暮辖鸹c熱處理可獲得較好的組織狀態(tài)，來改變材料的力學(xué)性能，從而改善其冷成形性能。 例如：相同含碳量的鋼經(jīng)球化退火后，可獲得球狀珠光體的組織，它比片狀珠光體具有更低的屈服強(qiáng)度和較高的塑性，因而低碳鋼和低碳合金鋼的冷擠壓成形加工及高碳滾動(dòng)軸承鋼的冷鐓成形加工都要求具有球狀珠光體的原始組織。 晶體結(jié)構(gòu)主要影響塑性應(yīng)變比，研究表明，當(dāng)111晶面平行于軋制平面時(shí)，值就大。在鋼中加入少量的鈦和鈮，可形成特殊的鐵素體織構(gòu)，使它的111晶面和晶向平行于軋制板面，從而可增大。另外，用鋁穩(wěn)定的鋼

21、也可提高值(最高可達(dá)1.41.8，而通常沸騰鋼的值約為1.01.2)。 3、材料的冶金質(zhì)量 冶金質(zhì)量主要影響材料的塑性指標(biāo)，例如鋼中夾雜物過多時(shí)，必然會(huì)導(dǎo)致塑性降低，使冷成形性能變壞。5.5 軋制、擠壓、拉拔 5.5.1 軋制 5.5.1.1 概述軋制是金屬坯料在旋轉(zhuǎn)軋輥的間隙中靠摩擦力的作用連續(xù)進(jìn)入軋輥而產(chǎn)生塑性變形的一種壓力加工方法，大約有90左右的鋼和大部分有色金屬都要經(jīng)過軋制。軋制的主要形式有縱軋、橫軋和斜軋三種，其示意圖示于下圖。軋制的主要形式(a)縱軋；(b)橫軋；(c)斜軋1一軋輥；2一坯料；3一芯捧 可見，縱軋時(shí)坯料在轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)軋輥?zhàn)饔孟庐a(chǎn)可見，縱軋時(shí)坯料在轉(zhuǎn)向相反的兩個(gè)軋

22、輥?zhàn)饔孟庐a(chǎn)生變形，并沿著垂直于軋輥軸線方向移動(dòng)。橫軋是生變形，并沿著垂直于軋輥軸線方向移動(dòng)。橫軋是坯料在轉(zhuǎn)向相同的兩個(gè)軋輥?zhàn)饔孟罗D(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生變形，坯料在轉(zhuǎn)向相同的兩個(gè)軋輥?zhàn)饔孟罗D(zhuǎn)動(dòng)并產(chǎn)生變形，且坯料與軋輥軸線互相平行。斜軋是坯料軸線與軋且坯料與軋輥軸線互相平行。斜軋是坯料軸線與軋輥軸線相交成一定角度的軋制方法，在變形過程中輥軸線相交成一定角度的軋制方法，在變形過程中坯料既轉(zhuǎn)動(dòng)，又沿自身的軸線向前移動(dòng)。坯料既轉(zhuǎn)動(dòng)，又沿自身的軸線向前移動(dòng)。 縱軋主要用于各種型材、板材和管材等成形加工，縱軋主要用于各種型材、板材和管材等成形加工，但在某些情況下也可用于零件的成形加工。橫軋和但在某些情況下也可用于零件的

23、成形加工。橫軋和斜軋主要用于零件成形加工，而斜軋還可用于無縫斜軋主要用于零件成形加工，而斜軋還可用于無縫管材的成形加工。管材的成形加工。 軋制所用的坯料主要是鋼錠或銅、鋁等有色金屬及軋制所用的坯料主要是鋼錠或銅、鋁等有色金屬及其合金鑄錠。軋材的類型取決于軋輥的種類和形狀。其合金鑄錠。軋材的類型取決于軋輥的種類和形狀。 軋 輥(a)平軋輥；(b)帶槽軋輥；(c)孔型；(d)4輥機(jī)座上的軋輥分布；(e)12輥機(jī)座上的軋輥分布 下圖示出了常見軋輥的種類和形狀，其中平軋輥用于板材和帶下圖示出了常見軋輥的種類和形狀，其中平軋輥用于板材和帶材的軋制，帶槽軋輥用于各種型材的軋制。在多輥機(jī)座中材的軋制，帶槽軋

24、輥用于各種型材的軋制。在多輥機(jī)座中(d)，(e)，只有兩個(gè)為工作輥，其余均為支承輥，有了支承輥，便可，只有兩個(gè)為工作輥，其余均為支承輥，有了支承輥，便可使用小直徑的工作輥，因而可提高延伸比，降低變形力。使用小直徑的工作輥，因而可提高延伸比，降低變形力。 軋機(jī)按用途可分為初軋機(jī)和成品軋機(jī)兩大類。初軋機(jī)的作軋機(jī)按用途可分為初軋機(jī)和成品軋機(jī)兩大類。初軋機(jī)的作用是將金屬鑄錠軋制成各種形狀和規(guī)格的半成品，為型材、用是將金屬鑄錠軋制成各種形狀和規(guī)格的半成品，為型材、板材和管材等的軋制提供坯料。成品軋機(jī)有型材軋機(jī)、板板材和管材等的軋制提供坯料。成品軋機(jī)有型材軋機(jī)、板材軋機(jī)、管材軋機(jī)和特種軋材軋機(jī)。在軋制生產(chǎn)

25、中，型材材軋機(jī)、管材軋機(jī)和特種軋材軋機(jī)。在軋制生產(chǎn)中，型材軋機(jī)的規(guī)格都是用軋輥輥身的直徑來表示的，如軋機(jī)的規(guī)格都是用軋輥輥身的直徑來表示的，如350型材軋型材軋機(jī)。板材軋機(jī)的規(guī)格用軋輥輥身的長度來表示，如機(jī)。板材軋機(jī)的規(guī)格用軋輥輥身的長度來表示，如3600軋軋機(jī)。管材軋機(jī)的規(guī)格用軋制管材的外徑來表示。機(jī)。管材軋機(jī)的規(guī)格用軋制管材的外徑來表示。 軋材生產(chǎn)的一般工藝過程是首先將鑄錠經(jīng)加熱后在初軋機(jī)軋材生產(chǎn)的一般工藝過程是首先將鑄錠經(jīng)加熱后在初軋機(jī)上熱軋成各種形狀和規(guī)格的坯料，然后將初軋坯料再經(jīng)加上熱軋成各種形狀和規(guī)格的坯料，然后將初軋坯料再經(jīng)加熱后在不同的成品軋機(jī)上熱軋成各種型材、板材和無縫管熱后

26、在不同的成品軋機(jī)上熱軋成各種型材、板材和無縫管材等。對(duì)于薄板材材等。對(duì)于薄板材(厚度在厚度在1.5mm以下以下)和冷彎型材，則通常和冷彎型材，則通常分別用熱軋卷材和熱軋板帶材作坯料，經(jīng)酸洗后進(jìn)行冷軋分別用熱軋卷材和熱軋板帶材作坯料，經(jīng)酸洗后進(jìn)行冷軋并經(jīng)退火，得到冷軋薄板和冷軋型材。并經(jīng)退火，得到冷軋薄板和冷軋型材。 如今，軋制板坯正在被日益廣泛使用的連鑄板坯所代替，如今，軋制板坯正在被日益廣泛使用的連鑄板坯所代替，連鑄板坯大多是在連續(xù)熱軋機(jī)上軋制的。焊管所用坯料為連鑄板坯大多是在連續(xù)熱軋機(jī)上軋制的。焊管所用坯料為帶材或板材，經(jīng)熱軋或冷軋成管坯后將縫隙焊接而成。此帶材或板材，經(jīng)熱軋或冷軋成管坯后

27、將縫隙焊接而成。此外，熱軋管經(jīng)冷軋或拉拔后可生出壁厚更小、表面質(zhì)量更外，熱軋管經(jīng)冷軋或拉拔后可生出壁厚更小、表面質(zhì)量更好、尺寸精度更高的管材。好、尺寸精度更高的管材。 5. 5.1.2 軋制產(chǎn)品的質(zhì)量控制 1、熱軋熱軋具有塑性好、變形抗力低、生產(chǎn)規(guī)模大、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)，故許多型材、板材和管材都是通過熱軋成材的。典型熱軋材的一般生產(chǎn)工藝流程如下： 1) 熱軋型材 型材坯料準(zhǔn)備加熱軋制切斷冷卻矯直清理檢查捆扎 2) 熱軋薄板 板坯準(zhǔn)備加熱粗軋精軋冷卻卷取松卷剪切熱軋薄板 3) 熱軋無縫管 實(shí)心管坯準(zhǔn)備加熱斜軋穿孔機(jī)穿孔自動(dòng)軋管機(jī)軋制成毛管滾軋軋制均整縱軋定徑機(jī)軋制成要求管徑精整 為控制熱軋產(chǎn)

28、品的質(zhì)量，在生產(chǎn)過程中應(yīng)采取如下有關(guān)工為控制熱軋產(chǎn)品的質(zhì)量，在生產(chǎn)過程中應(yīng)采取如下有關(guān)工藝措施：藝措施： 1) 軋前應(yīng)對(duì)坯料表面結(jié)疤、裂紋、夾渣、折疊、飛刺等各軋前應(yīng)對(duì)坯料表面結(jié)疤、裂紋、夾渣、折疊、飛刺等各種缺陷進(jìn)行仔細(xì)的清理，這是保證軋材表面質(zhì)量的關(guān)鍵，種缺陷進(jìn)行仔細(xì)的清理，這是保證軋材表面質(zhì)量的關(guān)鍵，否則氧化皮被壓人表面會(huì)產(chǎn)生缺陷，而原有缺陷在軋制中否則氧化皮被壓人表面會(huì)產(chǎn)生缺陷，而原有缺陷在軋制中會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，引起更多的缺陷，甚至?xí)绊戃埐牡乃苄詴?huì)進(jìn)一步擴(kuò)大，引起更多的缺陷，甚至?xí)绊戃埐牡乃苄院统尚涡?，降低軋材的表面質(zhì)量和合格率。和成形性，降低軋材的表面質(zhì)量和合格率。 有些坯料有些坯

29、料(例如合金鋼坯例如合金鋼坯)在清理前往往還要進(jìn)行退火處理，在清理前往往還要進(jìn)行退火處理，以降低硬度，便于進(jìn)行表面清理，同時(shí)還可消除內(nèi)應(yīng)力、以降低硬度，便于進(jìn)行表面清理，同時(shí)還可消除內(nèi)應(yīng)力、均勻成分、去除有害氣體，以提高軋材塑性，防止軋制開均勻成分、去除有害氣體，以提高軋材塑性，防止軋制開裂，提高成品率。裂，提高成品率。 2) 根據(jù)坯料的種類、成分和尺寸確定合適的加熱溫度、加熱速度和保溫時(shí)間，以降低坯料在加熱過程中的氧化脫碳傾向，避免引起過熱、過燒，降低內(nèi)應(yīng)力，從而使軋材表面不易產(chǎn)生麻點(diǎn)、氧化皮或發(fā)裂等表面缺陷，防止軋材力學(xué)性能的降低和軋制開裂的產(chǎn)生。 3) 正確控制軋制溫度、軋制速度和變形程

30、度是保證軋制產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)中心環(huán)節(jié)。因?yàn)樗粌H可保證產(chǎn)品的精確成形，而且可改善其組織性能。軋制溫度主要包括開軋和終軋溫度的確定，終軋溫度控制軋材的組織性能，而開軋溫度的確定必須以保證終軋溫度為依據(jù)。例如碳鋼的開軋溫度一般比加熱溫度低些，而終軋溫度視成分而異。軋制亞共析鋼，終軋溫度一般應(yīng)高于Ar3線約50100，以便終軋后迅速冷至相變溫度，獲得細(xì)晶粒組織。若終軋溫度過高，則會(huì)得到粗晶粒組織和低的力學(xué)性能。反之，終軋溫度低于Ar3線，則有加工硬化產(chǎn)生，使強(qiáng)度升高，塑性降低。 對(duì)于含鈮、鈦、釩等合金元素的低合金鋼，由于再結(jié)晶較對(duì)于含鈮、鈦、釩等合金元素的低合金鋼，由于再結(jié)晶較困難，故通?？梢蕴岣呓K軋

31、溫度。軋制過共析鋼，其終軋困難，故通?？梢蕴岣呓K軋溫度。軋制過共析鋼，其終軋溫度應(yīng)不高于溫度應(yīng)不高于Acm線，否則沿奧氏體晶界析出的網(wǎng)狀碳化線，否則沿奧氏體晶界析出的網(wǎng)狀碳化物就不能被破碎，這會(huì)惡化鋼材的力學(xué)性能。若終軋溫度物就不能被破碎，這會(huì)惡化鋼材的力學(xué)性能。若終軋溫度過低過低(低于低于A1線線)，則會(huì)產(chǎn)生加工硬化，且易析出石墨。因，則會(huì)產(chǎn)生加工硬化，且易析出石墨。因此過共析鋼的終軋溫度應(yīng)比此過共析鋼的終軋溫度應(yīng)比A1高高100150。軋制速度和。軋制速度和變形程度不僅影響產(chǎn)品的組織性能，而且還影響產(chǎn)量，所變形程度不僅影響產(chǎn)品的組織性能，而且還影響產(chǎn)量，所以在設(shè)備和工藝允許的條件下，應(yīng)提高

32、軋制速度和采用大以在設(shè)備和工藝允許的條件下，應(yīng)提高軋制速度和采用大的變形量，并盡可能保持軋制變形條件的穩(wěn)定以及控制好的變形量，并盡可能保持軋制變形條件的穩(wěn)定以及控制好適當(dāng)?shù)慕K軋壓下量。適當(dāng)?shù)慕K軋壓下量。(Ar3 等的意義見等的意義見293頁頁) 4) 軋后冷卻制度應(yīng)根據(jù)軋材的特性和技術(shù)要求來確定，不軋后冷卻制度應(yīng)根據(jù)軋材的特性和技術(shù)要求來確定，不僅要控制冷卻速度，而且要力求均勻地冷卻，否則容易引僅要控制冷卻速度，而且要力求均勻地冷卻，否則容易引起軋材的扭曲變形、組織性能的不均勻性，增大內(nèi)應(yīng)力，起軋材的扭曲變形、組織性能的不均勻性，增大內(nèi)應(yīng)力，甚至形成裂紋等缺陷。例如軋制亞共折鋼時(shí)，為獲得均勻甚

33、至形成裂紋等缺陷。例如軋制亞共折鋼時(shí)，為獲得均勻細(xì)小的組織和良好的力學(xué)性能，軋后應(yīng)進(jìn)行噴水急冷。而細(xì)小的組織和良好的力學(xué)性能，軋后應(yīng)進(jìn)行噴水急冷。而軋制高碳工具鋼時(shí)，為避免軋后形成網(wǎng)狀碳化物，軋后需軋制高碳工具鋼時(shí)，為避免軋后形成網(wǎng)狀碳化物，軋后需快速冷到相變溫度以下，隨后應(yīng)進(jìn)行緩冷，以減小內(nèi)應(yīng)力，快速冷到相變溫度以下，隨后應(yīng)進(jìn)行緩冷，以減小內(nèi)應(yīng)力，避免發(fā)生冷裂。對(duì)于塑性和導(dǎo)熱性差的軋材，如高速鋼、避免發(fā)生冷裂。對(duì)于塑性和導(dǎo)熱性差的軋材，如高速鋼、高碳高鉻鋼等，軋后即使在空氣中冷卻或堆放也會(huì)產(chǎn)生裂高碳高鉻鋼等，軋后即使在空氣中冷卻或堆放也會(huì)產(chǎn)生裂紋，故必須采用極緩慢的冷卻速度，例如在緩冷坑或保

34、溫紋，故必須采用極緩慢的冷卻速度，例如在緩冷坑或保溫爐中冷卻，以減小內(nèi)應(yīng)力，防止裂紋的產(chǎn)生，同時(shí)可降低爐中冷卻，以減小內(nèi)應(yīng)力，防止裂紋的產(chǎn)生，同時(shí)可降低硬度，提高塑性，有利于對(duì)表面缺陷的清理。硬度，提高塑性，有利于對(duì)表面缺陷的清理。 2、軋制控制、軋制控制 控制軋制是指在熱軋過程中通過對(duì)金屬的加熱制度、變形控制軋制是指在熱軋過程中通過對(duì)金屬的加熱制度、變形制度和溫度制度的合理控制，使塑性變形與固態(tài)相變相結(jié)制度和溫度制度的合理控制，使塑性變形與固態(tài)相變相結(jié)合，以獲得細(xì)小晶粒組織，使鋼材具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性合，以獲得細(xì)小晶粒組織，使鋼材具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能的一種軋制方法。能的一種軋制方法。 按鋼

35、材軋制時(shí)所處的溫度和組成相條件的不同，目前一般按鋼材軋制時(shí)所處的溫度和組成相條件的不同，目前一般將控制軋制分為奧氏體再結(jié)晶區(qū)控制軋制將控制軋制分為奧氏體再結(jié)晶區(qū)控制軋制(又稱為又稱為型控制型控制軋制軋制)、奧氏體未再結(jié)晶區(qū)控制軋制、奧氏體未再結(jié)晶區(qū)控制軋制(又稱為又稱為型控制軋制型控制軋制)和奧氏體鐵素體兩相區(qū)控制軋制三種方式，如下圖。和奧氏體鐵素體兩相區(qū)控制軋制三種方式，如下圖。 控制軋制方式示意圖(a)奧氏體再結(jié)晶區(qū)控軋；(b)奧氏體未再結(jié)晶區(qū)控軋；(c)奧氏體鐵素體兩相區(qū)控軋 奧氏體再結(jié)晶區(qū)控制軋制通常是在奧氏體再結(jié)晶區(qū)控制軋制通常是在950以上溫度范圍進(jìn)行以上溫度范圍進(jìn)行的，其目的是通

36、過對(duì)加熱時(shí)粗化的初始奧氏體晶粒反復(fù)進(jìn)的，其目的是通過對(duì)加熱時(shí)粗化的初始奧氏體晶粒反復(fù)進(jìn)行軋制行軋制再結(jié)晶使之得到細(xì)化，相變后得到細(xì)小的鐵素體再結(jié)晶使之得到細(xì)化，相變后得到細(xì)小的鐵素體晶粒。而且相變前的奧氏體晶粒越細(xì)，相變后的鐵素體晶晶粒。而且相變前的奧氏體晶粒越細(xì)，相變后的鐵素體晶粒的也就越細(xì)。很顯然，僅靠通過奧氏體多次變形和再結(jié)粒的也就越細(xì)。很顯然，僅靠通過奧氏體多次變形和再結(jié)晶使奧氏體晶粒得到細(xì)化，從而來細(xì)化鐵素體晶粒是有限晶使奧氏體晶粒得到細(xì)化，從而來細(xì)化鐵素體晶粒是有限的。的。 奧氏體未再結(jié)晶區(qū)控制軋制的溫度區(qū)間一般為奧氏體未再結(jié)晶區(qū)控制軋制的溫度區(qū)間一般為950Ar3，由于軋制是在奧

37、氏體的再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的，因此奧氏由于軋制是在奧氏體的再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行的，因此奧氏體晶粒不僅沿軋制方向伸長，使晶界面積增加，而且在奧體晶粒不僅沿軋制方向伸長，使晶界面積增加，而且在奧氏體晶粒內(nèi)部產(chǎn)生變形帶，隨后相變時(shí)鐵素體可同時(shí)在奧氏體晶粒內(nèi)部產(chǎn)生變形帶，隨后相變時(shí)鐵素體可同時(shí)在奧氏體晶界上和變形帶上形核，提高了鐵素體的形核率，從氏體晶界上和變形帶上形核，提高了鐵素體的形核率，從而進(jìn)一步促進(jìn)了鐵素體晶粒的細(xì)化，而且相變后的鐵素體而進(jìn)一步促進(jìn)了鐵素體晶粒的細(xì)化，而且相變后的鐵素體晶粒隨未再結(jié)晶區(qū)總壓下率的增加而變細(xì)。晶粒隨未再結(jié)晶區(qū)總壓下率的增加而變細(xì)。 在在Ar3以下的奧氏體鐵素體兩相區(qū)控

38、制軋制時(shí)，未相變的以下的奧氏體鐵素體兩相區(qū)控制軋制時(shí)，未相變的奧氏體晶粒進(jìn)一步伸長，在晶內(nèi)形成更多的變形帶，已相奧氏體晶粒進(jìn)一步伸長，在晶內(nèi)形成更多的變形帶，已相變的鐵素體晶粒在受到壓下時(shí)也發(fā)生變形，在晶內(nèi)形成亞變的鐵素體晶粒在受到壓下時(shí)也發(fā)生變形，在晶內(nèi)形成亞結(jié)構(gòu)，在軋后的冷卻過程中，未再結(jié)晶的奧氏體發(fā)生相變，結(jié)構(gòu)，在軋后的冷卻過程中，未再結(jié)晶的奧氏體發(fā)生相變，形成細(xì)小的等軸鐵素體晶粒，而變形的鐵素體因回復(fù)在晶形成細(xì)小的等軸鐵素體晶粒，而變形的鐵素體因回復(fù)在晶內(nèi)形成了亞晶粒，亞晶的出現(xiàn)可使鋼材的強(qiáng)度升高，脆性內(nèi)形成了亞晶粒，亞晶的出現(xiàn)可使鋼材的強(qiáng)度升高，脆性轉(zhuǎn)變溫度降低。轉(zhuǎn)變溫度降低。 在控

39、制軋制的生產(chǎn)實(shí)踐中，常常把上述三種軋制方式聯(lián)系在控制軋制的生產(chǎn)實(shí)踐中，常常把上述三種軋制方式聯(lián)系在一起而進(jìn)行連續(xù)軋制，并稱之為控制軋制三階段。在一起而進(jìn)行連續(xù)軋制，并稱之為控制軋制三階段。 下圖示出了控制軋制三階段及其顯微組織變化示意圖。下圖示出了控制軋制三階段及其顯微組織變化示意圖。 控制軋制三個(gè)階段及每個(gè)階段變形時(shí)顯微組織的變化示意圖 控制軋制工藝是在保證產(chǎn)品成形的基礎(chǔ)上根據(jù)產(chǎn)品的性能控制軋制工藝是在保證產(chǎn)品成形的基礎(chǔ)上根據(jù)產(chǎn)品的性能要求而制定的。因而，為確保控制軋制產(chǎn)品的質(zhì)量，其軋要求而制定的。因而，為確?？刂栖堉飘a(chǎn)品的質(zhì)量，其軋制工藝與一般熱軋工藝相比有以下主要特點(diǎn)：制工藝與一般熱軋工

40、藝相比有以下主要特點(diǎn)： 1) 控制加熱溫度控制加熱溫度 控制軋制鋼的加熱溫度比常規(guī)熱軋鋼的加熱溫度控制軋制鋼的加熱溫度比常規(guī)熱軋鋼的加熱溫度(一般為一般為1250)低，例如對(duì)含鈮和鈦的鋼，加熱溫度以低，例如對(duì)含鈮和鈦的鋼，加熱溫度以1150為宜，為宜，若低于此溫度，奧氏體晶粒大小不均，加工后易產(chǎn)生混晶。若低于此溫度，奧氏體晶粒大小不均，加工后易產(chǎn)生混晶。相反，會(huì)使奧氏體晶粒過分長大，加工后晶粒難以細(xì)化。相反，會(huì)使奧氏體晶粒過分長大，加工后晶粒難以細(xì)化。對(duì)于不含特殊元素的普通鋼，其加熱溫度可降至對(duì)于不含特殊元素的普通鋼，其加熱溫度可降至1050以以下，以獲得細(xì)而均勻的奧氏體晶粒。下，以獲得細(xì)而均

41、勻的奧氏體晶粒。 2) 控制軋制溫度 在控制軋制中所采用的軋制溫度隨控制軋制的階段而異。當(dāng)在奧氏體區(qū)軋制時(shí)，終軋溫度越高，奧氏體晶粒越粗大，轉(zhuǎn)變后的鐵素體晶粒也就越粗大，并易出現(xiàn)魏氏組織，對(duì)鋼性能不利。因此要求最后幾道次的軋制溫度要低，一般要求終軋溫度盡可能接近奧氏體開始轉(zhuǎn)變溫度，這樣可起到相似于正火的作用。 對(duì)軋制含鈮鋼，其Ar3為720左右，故終軋溫度可控制在750。而一般的低碳結(jié)構(gòu)鋼約為830或更低些。當(dāng)進(jìn)入奧氏體鐵素體兩相區(qū)控制軋制時(shí)，也應(yīng)根據(jù)對(duì)鋼材性能的不同要求確定其終軋溫度。 例如對(duì)于例如對(duì)于16Mn鋼，為獲得一定的強(qiáng)度、較高的塑鋼韌性和鋼，為獲得一定的強(qiáng)度、較高的塑鋼韌性和較低的

42、韌脆轉(zhuǎn)變溫度，其兩相區(qū)的終軋溫度不宜太低，一較低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度，其兩相區(qū)的終軋溫度不宜太低，一般當(dāng)壓下量為般當(dāng)壓下量為2030時(shí)，終軋溫度應(yīng)控制在時(shí)，終軋溫度應(yīng)控制在740左右，左右，這是由于在該軋制條件下形變的鐵素體發(fā)生了再結(jié)晶，形這是由于在該軋制條件下形變的鐵素體發(fā)生了再結(jié)晶，形成了細(xì)小的鐵素體晶粒和大量細(xì)小的亞晶粒，且晶內(nèi)位錯(cuò)成了細(xì)小的鐵素體晶粒和大量細(xì)小的亞晶粒，且晶內(nèi)位錯(cuò)密度較低。密度較低。 若終軋溫度過高，則形變鐵素體將發(fā)生過度再結(jié)晶，晶粒若終軋溫度過高，則形變鐵素體將發(fā)生過度再結(jié)晶，晶粒長大，亞晶數(shù)量減少，必然會(huì)引起強(qiáng)度顯著降低。反之，長大，亞晶數(shù)量減少，必然會(huì)引起強(qiáng)度顯著降低。

43、反之，過低的終軋溫度會(huì)使形變鐵素體處于回復(fù)或變形狀態(tài)，晶過低的終軋溫度會(huì)使形變鐵素體處于回復(fù)或變形狀態(tài)，晶內(nèi)位錯(cuò)密度高，因而必然會(huì)使塑韌性降低，而強(qiáng)度升高。內(nèi)位錯(cuò)密度高，因而必然會(huì)使塑韌性降低，而強(qiáng)度升高。 3) 控制變形程度 為保證軋材的強(qiáng)度和韌性，在各軋制區(qū)要求有一定大小的變形程度。在奧氏體再結(jié)晶區(qū)軋制時(shí)，道次變形量應(yīng)大于臨界變形量，且要連續(xù)軋制，使全部晶粒進(jìn)行再結(jié)晶，這樣就能使奧氏體晶粒逐道細(xì)化，最后得到非常細(xì)小的奧氏體晶粒，相變后便可得到細(xì)小的鐵素體晶粒。否則將會(huì)產(chǎn)生混晶。在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)多道次軋制時(shí)，變形量對(duì)細(xì)化晶粒能起到疊加效應(yīng)。因此可以不必過分強(qiáng)調(diào)道次變形量，而只要有足夠的總變

44、形量。例如軋制含鈮鋼時(shí)，在950750的未再結(jié)晶區(qū)的總變形量一般要求大于等于，最好接近70，否則易產(chǎn)生貝氏體和粗大鐵素體混合組織。在奧氏體鐵素體兩相區(qū)軋制時(shí)，隨變形量的增大，會(huì)使鐵素體晶粒變細(xì)、位錯(cuò)密度增大、亞晶發(fā)達(dá)，從而使軋材的強(qiáng)度升高，低溫韌性得到改善。具體變形量大小應(yīng)視對(duì)產(chǎn)品性能要求和生產(chǎn)條件而定。 4) 控制軋后冷卻速度軋后可以來用空冷、吹風(fēng)、噴水等冷卻方式來控制軋材具有不同的冷卻速度，因而可以得到不同的組織和性能。例如對(duì)于低碳鉻鉬鋼在奧氏體區(qū)控軋后的連續(xù)冷卻過程中先析出一定量的鐵素體(約8090)，使碳在奧氏體中富集，因而使未轉(zhuǎn)變的奧氏體變得很穩(wěn)定，此時(shí)進(jìn)行卷板，最后再采用快速冷卻，

45、使奧氏體發(fā)生馬氏體相變，這樣通過控制軋制和控制冷卻工藝可以直接生產(chǎn)出鐵素體馬氏體雙相鋼，由于它具有連續(xù)屈服的特點(diǎn)、低的屈強(qiáng)比(一般為0.5左右)、較大的加工硬化指數(shù)(一般為0.2)和良好的塑性，因而比一般的高強(qiáng)度低合金鋼具有更好的冷成形性。目前控制軋制后的控制冷卻已在鋼板生產(chǎn)、型鋼生產(chǎn)和鋼管生產(chǎn)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。 控制軋制的主要優(yōu)點(diǎn)是可使鋼材的強(qiáng)度和低溫韌性有較大控制軋制的主要優(yōu)點(diǎn)是可使鋼材的強(qiáng)度和低溫韌性有較大幅度的改善。例如厚度為幅度的改善。例如厚度為12mm的的09MnNb鋼板，當(dāng)用一般鋼板，當(dāng)用一般熱軋方法生產(chǎn)時(shí)，其熱軋方法生產(chǎn)時(shí)，其s=3900MPa，-40時(shí)的時(shí)的ak 63J

46、/m2；而采用控制軋制方法生產(chǎn)時(shí)，；而采用控制軋制方法生產(chǎn)時(shí)， -40的的ak可達(dá)可達(dá)120J/m2，這主要與鐵素體晶粒明顯細(xì)化有關(guān)，其晶?？?，這主要與鐵素體晶粒明顯細(xì)化有關(guān)，其晶?？蛇_(dá)達(dá)12級(jí)，而常規(guī)熱軋后鐵素體晶粒僅為級(jí)，而常規(guī)熱軋后鐵素體晶粒僅為78級(jí)。級(jí)。 此外，控制軋制可充分發(fā)揮微量元素的作用，從而可獲得此外，控制軋制可充分發(fā)揮微量元素的作用，從而可獲得更優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。例如在普通低碳鋼中加入微量鈮、更優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。例如在普通低碳鋼中加入微量鈮、釩、鈦等元素后，當(dāng)采用控制軋制工藝時(shí)，可以同時(shí)發(fā)揮釩、鈦等元素后，當(dāng)采用控制軋制工藝時(shí)，可以同時(shí)發(fā)揮細(xì)化奧氏體和鐵素體晶粒以及碳氮

47、化合物的沉淀強(qiáng)化作用，細(xì)化奧氏體和鐵素體晶粒以及碳氮化合物的沉淀強(qiáng)化作用，從而可綜合提高軋材的強(qiáng)韌性。從而可綜合提高軋材的強(qiáng)韌性。 最后，控制軋制可節(jié)省能源和簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，這是由于降低最后，控制軋制可節(jié)省能源和簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，這是由于降低了坯料的加熱溫度，同時(shí)在一定條件下可以取代一般熱軋后了坯料的加熱溫度，同時(shí)在一定條件下可以取代一般熱軋后的正火處理或淬火回火處理。正由于此，用控制軋制方法生的正火處理或淬火回火處理。正由于此，用控制軋制方法生產(chǎn)出來的低合金高強(qiáng)度、高韌性并具有良好焊接性能的鋼已產(chǎn)出來的低合金高強(qiáng)度、高韌性并具有良好焊接性能的鋼已在建筑、橋梁、船舶、汽車、機(jī)車、農(nóng)機(jī)、重型礦山機(jī)械、

48、在建筑、橋梁、船舶、汽車、機(jī)車、農(nóng)機(jī)、重型礦山機(jī)械、管道以及海上采油平臺(tái)等方面都獲得了廣泛的應(yīng)用。在其它管道以及海上采油平臺(tái)等方面都獲得了廣泛的應(yīng)用。在其它合金鋼和合金的生產(chǎn)中，控制軋制也越來越多地得到了應(yīng)用。合金鋼和合金的生產(chǎn)中，控制軋制也越來越多地得到了應(yīng)用。 但在采用控制軋制工藝時(shí)需考慮軋機(jī)的設(shè)備條件。例如為改但在采用控制軋制工藝時(shí)需考慮軋機(jī)的設(shè)備條件。例如為改善某些鋼的強(qiáng)韌性，要求在低溫給予較大的壓下率，這就增善某些鋼的強(qiáng)韌性，要求在低溫給予較大的壓下率，這就增大了軋機(jī)的負(fù)荷。此外，為降低終軋溫度，除采用低溫加熱大了軋機(jī)的負(fù)荷。此外，為降低終軋溫度，除采用低溫加熱外，還需要在軋制過程中

49、降低溫度，這就要求有相應(yīng)的速冷外，還需要在軋制過程中降低溫度，這就要求有相應(yīng)的速冷措施。措施。5.5 軋制、擠壓、拉拔 5. 5.1.2 軋制產(chǎn)品的質(zhì)量控制 3、冷軋冷軋與熱軋相比其主要優(yōu)點(diǎn)是軋制過程中不存在溫度和溫度降的不均勻性，因而可生產(chǎn)厚度極薄、尺寸精度很高的軋材。其次，由于坯料經(jīng)過酸洗，且無次生氧化皮，故表面光潔度高。此外，還由于冷軋變形與熱處理的恰當(dāng)配合，可以獲得高的綜合力學(xué)性能以及某些特殊織構(gòu)，因而可在較大的范圍內(nèi)滿足用戶要求。正由于此，許多要求表面光潔、幾何尺寸精度和力學(xué)性能高、厚度薄的板帶材以及管材都是采用冷軋方式生產(chǎn)的。 3、冷軋典型冷軋材的生產(chǎn)工藝流程如下： 1) 冷軋薄板

50、鋼 熱軋板卷酸洗冷軋表面清理退火平整剪切冷軋鋼板 2) 冷軋鋼管 熱軋管坯酸洗冷軋熱處理矯直切斷檢查由上述典型冷軋工藝流程可知，為確保冷軋產(chǎn)品的質(zhì)量，應(yīng)控制好以下主要環(huán)節(jié)：1) 冷軋坯料在軋前必須仔細(xì)地進(jìn)行酸洗，以去除熱軋坯料的氧化皮，保證軋材表面的光潔度及隨后進(jìn)行表面處理(如鍍錫、鍍鋅等)的質(zhì)量。 2) 在軋制板材過程中必須采用張力軋制，以獲得良好平整在軋制板材過程中必須采用張力軋制，以獲得良好平整度、一定表面光潔度和規(guī)定厚度的薄板，同時(shí)還可降低軋度、一定表面光潔度和規(guī)定厚度的薄板，同時(shí)還可降低軋材的變形抗力，便于軋制更薄產(chǎn)品。張力的確定視軋機(jī)種材的變形抗力，便于軋制更薄產(chǎn)品。張力的確定視軋

51、機(jī)種類、軋制道次和軋件的品種、規(guī)格而定，通?？筛淖兙砣☆?、軋制道次和軋件的品種、規(guī)格而定，通常可改變卷取機(jī)或開卷機(jī)的轉(zhuǎn)速、各架軋機(jī)主電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及壓下量來機(jī)或開卷機(jī)的轉(zhuǎn)速、各架軋機(jī)主電機(jī)的轉(zhuǎn)速以及壓下量來調(diào)整。此外，在冷軋過程中必須進(jìn)行有效的冷卻和潤滑，調(diào)整。此外，在冷軋過程中必須進(jìn)行有效的冷卻和潤滑，以防止冷軋過程中軋材所產(chǎn)生的變形熱與摩擦熱使軋輥的以防止冷軋過程中軋材所產(chǎn)生的變形熱與摩擦熱使軋輥的溫度升高，保證軋輥正常工作所需的組織性能和輥型，同溫度升高，保證軋輥正常工作所需的組織性能和輥型，同時(shí)使冷軋潤滑劑不失效，從而不損害板型和軋制精度。潤時(shí)使冷軋潤滑劑不失效，從而不損害板型和軋制精度

52、。潤滑劑的主要作用是減小金屬的變形抗力，這不僅有益于降滑劑的主要作用是減小金屬的變形抗力，這不僅有益于降低冷軋過程中的發(fā)熱率和軋輥的溫度，而且有助于在已有低冷軋過程中的發(fā)熱率和軋輥的溫度，而且有助于在已有設(shè)備條件下實(shí)現(xiàn)更大壓下量，生產(chǎn)厚度更小的產(chǎn)品。在軋?jiān)O(shè)備條件下實(shí)現(xiàn)更大壓下量，生產(chǎn)厚度更小的產(chǎn)品。在軋制某些品種時(shí)，還可防止金屬粘輥，保證軋件的表面質(zhì)量。制某些品種時(shí)，還可防止金屬粘輥，保證軋件的表面質(zhì)量。 3) 控制好軋后的中間退火和成品退火控制好軋后的中間退火和成品退火 中間退火是為了消除經(jīng)一定道次冷軋后軋材的加工硬化，恢中間退火是為了消除經(jīng)一定道次冷軋后軋材的加工硬化，恢復(fù)塑性，降低變形抗

53、力，以便繼續(xù)冷軋。成品退火是為了與復(fù)塑性，降低變形抗力，以便繼續(xù)冷軋。成品退火是為了與形變量的適當(dāng)配合以獲得高的力學(xué)性能和良好的深沖壓性能。形變量的適當(dāng)配合以獲得高的力學(xué)性能和良好的深沖壓性能。需要指出的是對(duì)于鍍錫薄板在冷軋后往往要先進(jìn)行脫脂，以需要指出的是對(duì)于鍍錫薄板在冷軋后往往要先進(jìn)行脫脂，以去除板面上的油污，然后再進(jìn)行成品退火，否則會(huì)影響其表去除板面上的油污，然后再進(jìn)行成品退火，否則會(huì)影響其表面質(zhì)量和耐蝕性。面質(zhì)量和耐蝕性。 4) 控制好平整工序控制好平整工序 在冷軋板帶鋼的生產(chǎn)工序中，平整實(shí)質(zhì)上是一種小壓下率在冷軋板帶鋼的生產(chǎn)工序中，平整實(shí)質(zhì)上是一種小壓下率(0.63)的二次冷軋，其主

54、要目的是為了使退火后的板帶材在的二次冷軋，其主要目的是為了使退火后的板帶材在相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)保證表面不產(chǎn)生沖壓滑移線相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)保證表面不產(chǎn)生沖壓滑移線(即即Luders呂呂德斯帶德斯帶)，不形成桔皮，同時(shí)可改善板材的平直度和光潔度。，不形成桔皮，同時(shí)可改善板材的平直度和光潔度。 此外，改變平整的壓下率還可在一定范圍內(nèi)調(diào)整板材的力學(xué)此外，改變平整的壓下率還可在一定范圍內(nèi)調(diào)整板材的力學(xué)性能，以滿足不同用途板材的性能要求。由于平整是影響板性能，以滿足不同用途板材的性能要求。由于平整是影響板材成品質(zhì)量的最后一道工序，因此應(yīng)根據(jù)成品的不同用途并材成品質(zhì)量的最后一道工序，因此應(yīng)根據(jù)成品的不同用途

55、并通過控制壓下率、軋制潤滑劑、輥型曲線、軋輥表面光潔度通過控制壓下率、軋制潤滑劑、輥型曲線、軋輥表面光潔度和軋制壓力等來保證成品所需的力學(xué)性能、平直度和表面光和軋制壓力等來保證成品所需的力學(xué)性能、平直度和表面光潔度。潔度。 冷軋板帶材最具有代表性的產(chǎn)品有金屬鍍錫、鍍鋅薄板，汽冷軋板帶材最具有代表性的產(chǎn)品有金屬鍍錫、鍍鋅薄板，汽車用深沖鋼板，電工用硅鋼板以及不銹鋼板等。車用深沖鋼板，電工用硅鋼板以及不銹鋼板等。 冷軋管法最適合于高強(qiáng)度、低塑性的有色金屬及其合金以及冷軋管法最適合于高強(qiáng)度、低塑性的有色金屬及其合金以及不銹鋼、軸承鋼等生產(chǎn)高精度高表面質(zhì)量的薄壁管材。冷軋不銹鋼、軸承鋼等生產(chǎn)高精度高表

56、面質(zhì)量的薄壁管材。冷軋管與拉拔管相比，其表面質(zhì)量可與拉拔管相媲美，且在生產(chǎn)管與拉拔管相比，其表面質(zhì)量可與拉拔管相媲美，且在生產(chǎn)低塑性、難變形合金的薄壁管材時(shí)具有高的生產(chǎn)率。低塑性、難變形合金的薄壁管材時(shí)具有高的生產(chǎn)率。 5.5 軋制、擠壓、拉拔 5.5.2 擠壓擠壓 5.5.2.1 概述概述 所謂擠壓就是把坯料放人模具內(nèi)加壓，使之通過?？壮尚蔚乃^擠壓就是把坯料放人模具內(nèi)加壓，使之通過模孔成形的一種壓力加工方法。擠壓的方法有多種，但是最基本的方法一種壓力加工方法。擠壓的方法有多種，但是最基本的方法是正擠壓和反擠壓，在正擠壓時(shí)，坯料的流動(dòng)方向與擠壓桿是正擠壓和反擠壓，在正擠壓時(shí)，坯料的流動(dòng)方向與

57、擠壓桿的運(yùn)動(dòng)方向是一致的，其特點(diǎn)是坯料與擠壓筒內(nèi)壁間有相對(duì)的運(yùn)動(dòng)方向是一致的，其特點(diǎn)是坯料與擠壓筒內(nèi)壁間有相對(duì)滑動(dòng)，因而兩者間存在很大的外摩擦。反擠壓時(shí)，坯料的流滑動(dòng)，因而兩者間存在很大的外摩擦。反擠壓時(shí)，坯料的流動(dòng)方向與擠壓桿的運(yùn)動(dòng)方向相反，其特點(diǎn)是坯料與擠壓筒內(nèi)動(dòng)方向與擠壓桿的運(yùn)動(dòng)方向相反，其特點(diǎn)是坯料與擠壓筒內(nèi)壁間無相對(duì)滑動(dòng)，因而無外摩擦存在。正擠壓與反擠壓的不壁間無相對(duì)滑動(dòng)，因而無外摩擦存在。正擠壓與反擠壓的不同特點(diǎn)對(duì)擠壓過程、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率等都有很大的影響。同特點(diǎn)對(duì)擠壓過程、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率等都有很大的影響。擠壓示意圖 (a)正擠壓；(b)反擠壓1凸模；2坯料3擠壓筒；4擠壓模

58、 擠壓坯料可用初軋坯、鍛造坯或者采用鑄造坯、連鑄坯。擠壓坯料可用初軋坯、鍛造坯或者采用鑄造坯、連鑄坯。 擠壓設(shè)備有機(jī)械擠壓機(jī)和液壓擠壓機(jī)兩大類。機(jī)械擠壓機(jī)的擠壓設(shè)備有機(jī)械擠壓機(jī)和液壓擠壓機(jī)兩大類。機(jī)械擠壓機(jī)的最大特點(diǎn)是擠壓速度快，但擠壓速度是變化的，故對(duì)工具壽最大特點(diǎn)是擠壓速度快，但擠壓速度是變化的，故對(duì)工具壽命和制品性能均不利，因此應(yīng)用有限。目前應(yīng)用最為廣泛的命和制品性能均不利，因此應(yīng)用有限。目前應(yīng)用最為廣泛的液壓傳動(dòng)臥式擠壓機(jī)可用來生產(chǎn)棒材、型材和管材等。液壓傳動(dòng)臥式擠壓機(jī)可用來生產(chǎn)棒材、型材和管材等。 熱擠壓生產(chǎn)型材或管材的一般工藝流程如下：熱擠壓生產(chǎn)型材或管材的一般工藝流程如下： 坯料

59、準(zhǔn)備坯料準(zhǔn)備加熱加熱擠壓擠壓冷卻冷卻矯正矯正酸洗酸洗廢品廢品 其中坯料準(zhǔn)備包括按規(guī)定長度切斷和進(jìn)行表面清理，對(duì)空心其中坯料準(zhǔn)備包括按規(guī)定長度切斷和進(jìn)行表面清理，對(duì)空心制品的坯料還需進(jìn)行鉆孔或在塑性狀態(tài)下進(jìn)行穿孔。加熱溫制品的坯料還需進(jìn)行鉆孔或在塑性狀態(tài)下進(jìn)行穿孔。加熱溫度視材料種類而定，例如對(duì)碳鋼、合金鋼一般為度視材料種類而定，例如對(duì)碳鋼、合金鋼一般為l 050l 200 ，不銹鋼為，不銹鋼為11001230。在擠壓時(shí)要去除鐵鱗，并在坯。在擠壓時(shí)要去除鐵鱗，并在坯料表面涂上玻璃粉或玻璃纖維潤滑劑，以起潤滑和絕熱作用。料表面涂上玻璃粉或玻璃纖維潤滑劑，以起潤滑和絕熱作用。軋制后的酸洗是為了除去玻

60、璃潤滑劑。軋制后的酸洗是為了除去玻璃潤滑劑。 用擠壓法生產(chǎn)型材、管材與軋制方法相比具有以下特點(diǎn)：用擠壓法生產(chǎn)型材、管材與軋制方法相比具有以下特點(diǎn)： (1)擠壓可提高坯料的變形能力擠壓可提高坯料的變形能力 因?yàn)閿D壓具有強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力作用，因此可以發(fā)揮坯料最因?yàn)閿D壓具有強(qiáng)烈的三向壓應(yīng)力作用，因此可以發(fā)揮坯料最大塑性，擠壓比能達(dá)到大塑性，擠壓比能達(dá)到50 以上，所以它可以加工用軋制或鍛以上，所以它可以加工用軋制或鍛造有困難甚至無法加工的脆性金屬材料，生產(chǎn)各種形狀復(fù)雜造有困難甚至無法加工的脆性金屬材料，生產(chǎn)各種形狀復(fù)雜或變斷面的型材和管材。或變斷面的型材和管材。 (2) 產(chǎn)品尺寸精度和表面質(zhì)量產(chǎn)品尺