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金屬鋼管加工硬化

鋼管金屬在冷加工后,由于晶粒被壓扁、拉長(zhǎng)(見(jiàn)圖1),晶格歪扭、晶粒變形(見(jiàn)圖2),使金屬的塑性降低、強(qiáng)度和硬度增高,把這種現(xiàn)象叫做加工硬化。

圖1 晶體變形纖維紕織

a—變形前晶體組織;b—變形后晶體組織

圖2 滑移面附近晶粒變形示意圖

加工硬化具有非常重要的實(shí)際意義,它是強(qiáng)化鋼管金屬(提高鋼管強(qiáng)度)的方法之一,對(duì)純鋼管金屬以及不能用熱處理方法強(qiáng)化的金屬來(lái)說(shuō)尤其重要。例如坦克履帶、礦石破碎機(jī)襯板之所以具有高耐磨性,冷彈簧在卷制后之所以能具有高彈性,冷拔鋼管, 精軋鋼管之所以具有高強(qiáng)度等,都是加工硬化的結(jié)果。另外,加工硬化也給金屬的冷加工生產(chǎn),創(chuàng)造了條件。因?yàn)榻饘僭诶浼庸み^(guò)程中硬化到一定程度就不能再繼續(xù)加工,所以在一定條件下不致因變形而發(fā)生斷裂。

加工硬化提高了變形抗力,給金屬的繼續(xù)加工帶來(lái)困難。為了消除加工硬化必須在加工過(guò)程中進(jìn)行專門(mén)的熱處理,金屬經(jīng)再結(jié)晶軟化之后才能繼續(xù)進(jìn)行加工。

不銹鋼中,以?shī)W氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼的加工硬化現(xiàn)象最為突出。如奧氏體不銹鋼硬化后的強(qiáng)度σb達(dá)1470~1960 MPa,而且隨σb的提高,屈服極限σs升高;退火狀態(tài)的奧氏體不銹鋼σs不超過(guò)的σb30%~45%,而加工硬化后達(dá)85%~95%。加工硬化層的深度可達(dá)切削深度的1/3或更大;硬化層的硬度比原來(lái)的提高1.4~2.2倍。

因?yàn)椴讳P鋼的塑性大,塑性變形時(shí)品格歪扭,強(qiáng)化系數(shù)很大;且?jiàn)W氏體不夠穩(wěn)定,在切削應(yīng)力的作用下,部分奧氏體會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體;再加上化合物雜質(zhì)在切削熱的作用下,易于分解呈彌散分布,使切削加工時(shí)產(chǎn)生硬化層。前一次進(jìn)給或前一道工序所產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重影響后續(xù)工序的順利進(jìn)行。

普通彈性材料(例如低碳鋼)在拉伸實(shí)驗(yàn)中會(huì)經(jīng)歷4個(gè)階段:彈性形變、屈服階段、強(qiáng)化階段、破壞直至斷裂
彈性形變:即材料所受拉力在彈性極限之內(nèi),拉力與材料伸長(zhǎng)成正比(胡克定律)。當(dāng)外力撤去之后,材料會(huì)恢復(fù)原來(lái)的長(zhǎng)度。
屈服階段:在外部拉力超過(guò)彈性極限之后,材料失去抵抗外力的能力而“屈服”,即在此情況下外力無(wú)顯著變化材料依然會(huì)伸長(zhǎng)。當(dāng)外力撤去后,材料無(wú)法回到原來(lái)的長(zhǎng)度。
強(qiáng)化階段:材料在內(nèi)部晶體重新排列后重新獲得抵抗拉伸的能力,但此時(shí)的形變?yōu)樗苄孕巫?,外力撤去后無(wú)法回到原來(lái)的長(zhǎng)度。
破壞階段:材料在過(guò)度受力后開(kāi)始在薄弱部位出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象,抵抗拉伸能力急劇下降,直至斷裂。
由于鋼材在從紅熱狀態(tài)冷卻后,內(nèi)部熱應(yīng)力及晶體排列的緣故,無(wú)法使其發(fā)揮出最大的抵抗拉伸能力,因此在常溫下,將鋼材拉伸至強(qiáng)化階段后撤去外力。鋼材經(jīng)過(guò)這種加工后,長(zhǎng)度增加,直徑縮小,彈性極限上升至相當(dāng)于原材料強(qiáng)化階段,大大提升了材料的彈性極限。并且使應(yīng)變率降低,提高了材料的剛度。






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