1 金屬拉拔后的組織變化
金屬在拉拔過程中外形和尺寸發(fā)生了變化,其內(nèi)部的晶粒尺寸也相應地發(fā)生了變化,即晶粒在拉拔方向上拉長。在變形量較大的情況下,可出現(xiàn)明顯的纖維狀組織,如圖5-8所示,使得制品呈現(xiàn)各向異性,形成變形織構(gòu)。在拉拔時形成的變形織構(gòu)稱為絲織構(gòu),如圖5-9所示,其特征是各個晶粒的某一晶向與拉拔力方向平行或接近平行。冷拔變形還使材料內(nèi)部產(chǎn)生大量的缺陷,使原子在晶格中偏離其平衡位置,即晶格發(fā)生畸變。
2 金屬拉拔后的性能變化
金屬拉拔后的性能變化有:
(1)加工硬化。加工硬化是材料在冷變形過程中,隨著變形程度的增加,變形阻力增大,強度和硬度增高,而塑性、韌性下降的現(xiàn)象。在拉拔過程中,加工硬化是很顯著的。在生產(chǎn)中可利用加工硬化來提高材料的強度,從而改善其力學性能。但加工硬化會給拉拔帶來困難。為能進一步進行冷拔變形,需要進行中間退火。
(2)其他性能的改變。經(jīng)拉拔后,材料的物理與物理化學性質(zhì),如導電性、導熱性、磁性、密度、耐腐蝕性都會發(fā)生改變。鈦材在拉拔后,導電性、導熱性及透磁率降低;電阻、矯頑力、化學活性、彈性模量略有增加。
3 拉拔后金屬中的殘余應力
在拉拔過程中,由于金屬內(nèi)的不均勻變形產(chǎn)生的附加應力,在拉拔后殘留在制品內(nèi)部形成殘余應力。這種應力對產(chǎn)品的力學性能有顯著影響,對成品的尺寸穩(wěn)定性也有不良影響。各種拉拔品中的殘余應力分布是不同的。以拉拔棒材為例,拉拔后棒材中呈現(xiàn)的殘余應力有下列三種情況:
(1)拉拔時棒材整個斷面都發(fā)生塑性變形,拉拔后制品中的殘余應力分布如圖5-10所示。
拉拔過程中,棒材外層金屬受到比中心層較大的剪切變形和彎曲變形,造成沿主變形方向的延伸變形比中心層大,但是,外層金屬沿軸向的延伸變形卻比中心層的延伸變形小,并且,由于棒材表面受到摩擦的影響,外層金屬沿軸向流速比中心層慢。因此,在變形過程中,棒材外層產(chǎn)生附加拉應力,中心層則出現(xiàn)與之平衡的附加壓應力,當棒材出??缀?,仍處在彈性變形階段,那么,拉拔后的制品有彈性后效的作用,外層較中心層縮短得較大。但是物體的整體性妨礙了這種自由變形,其結(jié)果是棒材外層產(chǎn)生殘余拉應力,中心層則出現(xiàn)殘余壓應力。
在徑向上由于彈性后效的作用,棒材斷面上所有的同心環(huán)形薄層皆欲增大直徑。但由于相鄰層的互相阻礙作用而不能自由漲大,從而在徑向上產(chǎn)生殘余壓應力。顯然,中心處的圓環(huán)漲大直徑時所受的阻力最大,而最外層的圓環(huán)不受任何阻力。因此中心處產(chǎn)生的殘余壓應力最大,而外層為零。
由于棒材中心部分在軸向上和徑向上受到殘余壓應力,所以此部分在周向上有漲大變形的趨勢。但是外層的金屬阻礙其自由漲大,從而在中心層產(chǎn)生周向殘余壓應力,外層則產(chǎn)生與之平衡的周向殘余拉應力。
(2)拉拔時僅在棒材表面發(fā)生塑性變形,拉拔后制品中殘余應力的分布與第一種情況不同。在軸向上棒材表面層為殘余壓應力,中心層為殘余拉應力;在周向上殘余應力的分布與軸向上基本相同;而徑向上棒材表面到中心層為殘余壓應力。
(3)拉拔時塑性變形未進入到棒材的中心層,拉拔后制品中殘余應力的分布應該是前兩種情況的中間狀態(tài)。在軸向上拉拔后的棒材外層為殘余拉應力,中心層也為殘余拉應力,而其中間層為殘余壓應力;在周向上殘余應力的分布與軸向上基本相同;而在徑向上,從棒材外層到中心層為殘余壓應力。
此時是由于拉拔的材料很硬或拉拔條件不同,使材料中心部不能產(chǎn)生塑性變形的緣故。棒材橫截面的中間層所產(chǎn)生的軸向殘余壓應力表明塑性變形只進行到此處。
4 殘余應力的消除
拉拔制品中保留的殘余應力對生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品質(zhì)量都非常有害,必須設(shè)法減少或消除殘余應力??捎孟铝腥N方法減少或消除殘余應力:
(1)減少不均勻變形;
(2)及時矯直加工,拉拔制品常用輥式矯直;
退火處理,即采用消除應力退火。
圖5-11所示為直徑為φ30mm的鎳銅棒經(jīng)過退火后,原有的殘余應力基本已消除。此時的金屬微觀組織發(fā)生了很大變化,即如圖5-8中拉拔變形后的纖維組織由(b)恢復至(a)的狀態(tài)。此時加工硬化消除,變成軟態(tài)。這就是工藝中需要進行中間退火,或者成品出廠前精整時必須退火的原因。
億沐鑫新材料主營產(chǎn)品:鈦棒、鈦管、鈦板、鈦陽極、鈦箔鈦帶、鈦法蘭、鈦絲、鈦靶材、鈦設(shè)備、鈦餅鈦環(huán)、鈦標準件、鈦加工件
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