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金属钢管加工硬化

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钢管金属在冷加工后,由于晶粒被压扁、拉长(见图1),晶格歪扭、晶粒变形(见图2),使金属的塑性降低、强度和硬度增高,把这种现象叫做加工硬化。

图1 晶体变形纤维纰织

a—变形前晶体组织;b—变形后晶体组织

图2 滑移面附近晶粒变形示意图

加工硬化具有非常重要的实际意义,它是强化钢管金属(提高钢管强度)的方法之一,对纯钢管金属以及不能用热处理方法强化的金属来说尤其重要。例如坦克履带、矿石破碎机衬板之所以具有高耐磨性,冷弹簧在卷制后之所以能具有高弹性,冷拔钢管, 精轧钢管之所以具有高强度等,都是加工硬化的结果。另外,加工硬化也给金属的冷加工生产,创造了条件。因为金属在冷加工过程中硬化到一定程度就不能再继续加工,所以在一定条件下不致因变形而发生断裂。

加工硬化提高了变形抗力,给金属的继续加工带来困难。为了消除加工硬化必须在加工过程中进行专门的热处理,金属经再结晶软化之后才能继续进行加工。

不锈钢中,以奥氏体和奥氏体+铁素体不锈钢的加工硬化现象最为突出。如奥氏体不锈钢硬化后的强度σb达1470~1960 MPa,而且随σb的提高,屈服极限σs升高;退火状态的奥氏体不锈钢σs不超过的σb30%~45%,而加工硬化后达85%~95%。加工硬化层的深度可达切削深度的1/3或更大;硬化层的硬度比原来的提高1.4~2.2倍。

因为不锈钢的塑性大,塑性变形时品格歪扭,强化系数很大;且奥氏体不够稳定,在切削应力的作用下,部分奥氏体会转变为马氏体;再加上化合物杂质在切削热的作用下,易于分解呈弥散分布,使切削加工时产生硬化层。前一次进给或前一道工序所产生的加工硬化现象严重影响后续工序的顺利进行。

普通弹性材料(例如低碳钢)在拉伸实验中会经历4个阶段:弹性形变、屈服阶段、强化阶段、破坏直至断裂
弹性形变:即材料所受拉力在弹性极限之内,拉力与材料伸长成正比(胡克定律)。当外力撤去之后,材料会恢复原来的长度。
屈服阶段:在外部拉力超过弹性极限之后,材料失去抵抗外力的能力而“屈服”,即在此情况下外力无显著变化材料依然会伸长。当外力撤去后,材料无法回到原来的长度。
强化阶段:材料在内部晶体重新排列后重新获得抵抗拉伸的能力,但此时的形变为塑性形变,外力撤去后无法回到原来的长度。
破坏阶段:材料在过度受力后开始在薄弱部位出现颈缩现象,抵抗拉伸能力急剧下降,直至断裂。
由于钢材在从红热状态冷却后,内部热应力及晶体排列的缘故,无法使其发挥出最大的抵抗拉伸能力,因此在常温下,将钢材拉伸至强化阶段后撤去外力。钢材经过这种加工后,长度增加,直径缩小,弹性极限上升至相当于原材料强化阶段,大大提升了材料的弹性极限。并且使应变率降低,提高了材料的刚度。






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