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大口径螺旋钢管塑性变形对于产品性能的影响

日期:2019-12-27

塑性变形对大口径螺旋钢管性能的主要影响是产生加工硬化。加工硬化也称为冷变形强化或冷作硬化,即金属在变形后,强度、硬度提高,而塑性、韧性下降的现象。

如前所述,塑性变形主要是通过位错运动实现的,对加工硬化起决定性作用的是位错密度增加。未变形晶粒中已存在大量位错,发生塑性变形时,会产生新的位错,运动位错与各种位错及其他晶体缺陷之间会产生各种复杂的交互作用,阻碍位错的运动。变形量较大时,由于位错之间相互纠缠,形成不均匀分布的位错发团,并使各晶粒破碎为细碎的亚晶。随着变形量的增大,由于亚晶和位错密度的增加,金属的塑性变形抗力迅速增大,加工硬化现象更为明显加工硬化具有很重要的实际意义,在工程技术方面有很广泛的应用。

大口径螺旋钢管塑性变形对于产品性能的影响

首先,在工业生产中,它是一种非常重要的强化手段,尤其是对于那些不能用热处理方法来强化的金属材料。其次,加工硬化有利于金属进行均匀的变形。因为金属的变形部分产生了硬化,继续的变形将主要在未变形或变形较少的部分发展。但是,加工硬化也给金属的继续变形造成困难。因此,在金属的变形和加工过程中常要进行中间退火,以消除它的不利影响。

这就增加了生产成本,降低了生产率。一般情况下,大口径螺旋钢管多晶体的宏观性能是各向同性的,但经受方向性的塑性变形后会出现各向异性现象,特别是大变形量下,这种现象很明显。

各向异性现象是组织的方向性和结构的方向性两种因素的综合结果。

1)形成纤维组织金属塑性变形时,随着其外形的改变,内部晶粒的形状也发生相应的变化,通常沿变形方向被拉长、挤细或压扁。当变形量很大时,晶粒变成细条状,晶界变得模糊不清。同时金属中的夹杂物也沿变形方向被拉长,形成所谓纤维组织,这种组织的方向性使金属在不同方向上表现出不同的性能,即产生一定程度的各向异性。

2)变形织构的产生当晶体变形量很大(70%以上)时,各晶粒的滑移方向都要向变形方向转动,这样就使原来位向各不相同的各个晶粒取得近于一致的位向,即形成晶粒晶格的择优取向,这种晶粒位向有序化结构称为变形织构在多数情况下织构的形成对金属继续塑性加工是不利的。例如,用有织构的板材冲制筒形零件时,由于不同方向上的塑性差别较大,深冲之后,大口径螺旋钢管的边缘不整齐,会出现“制耳”现象在某些情况下变形织构形成的各向异性在生产上也有好处。

大口径螺旋钢管塑性变形对于产品性能的影响

例如,用来制造变压器铁的硅钢片,其品格为体心立方,沿晶向最易磁化,如果能采用具有变形织构的硅钢片制作,并在工作时使晶向平行于磁场方向,可使变压器铁芯的导磁率明显增加,磁滞损耗降低,从而提高变压器的效率。残余应力是指去除外力后,残留在金属内部的应力。结晶、塑性变形、固态相变、温度急剧变化等都可能使金属产生残余内应力。

塑性变形产生的残余内应力主要是金属在外力作用下内部变形不均匀造成的。残余内应力可分为3类:金属表层和心部变形不均匀,或这一部分和那一部分变形不均匀,会造成宏观内应力(也称类内应力);

相邻晶粒变形不均匀,或晶内不同部位变形不均匀,会造成徵观内应力(也称第二类内应力);由于位错等缺陷的增加,会造成晶格畸变应力(也称第三类内应力)。其中,第三类内应力占绝大部分,分(90%以上),这是使变形金属强化的重要原因。虽然类、第二类内应力所占的比例不大,但能引起金属的变形,降低金属强度,对后续的切削加工、热处理质量都有很大影响,并可能使金属的耐蚀性下降,所以冷塑性变形后往往要对工件进行去应力退火处理。

在交变载荷条件下工作的零件往往采取表面强化的方法。如对板弹簧等零件进行喷丸处理、表面滚压处理等使其表面产生一定的塑性变形而形成残余压应力,从而提高零件的疲劳强度。金属及合金经冷变形后,强度、硬度升高,塑性、韧性下降,这对某些应用是重要的。

大口径螺旋钢管塑性变形对于产品性能的影响

但却给进一步的冷成型加工(例如深冲)带来困难,常需要将金属加热进行退火处理,以便其性能向塑性变形前的状态转化。金属经冷变形后,内能升高,处于不稳定的状态,并存在向稳定状态转变的趋势。

在低温下这种转变一般不易实现。但加热时由于原子的活动能力增强,变形金属的组织和性能会发生一系列的变化,趋于较稳定的状态。随着加热温度的升高,变形金属大体上相继经过回复、再结晶和晶粒长大3个阶段。