鋁管材裂紋缺陷控制

無論是鋁管材壓延，還是鋁管材拉伸，都有可能產(chǎn)生裂紋。

上面說過，在冷軋鋁管材時，機架行程中某一段時間變形區(qū)內(nèi)一部分金屬處于三向壓應(yīng)力狀態(tài)，另一部分金屬處于兩向壓一向拉的應(yīng)力狀態(tài)，這有利于塑性變形。因為除個另部位的拉應(yīng)力外，整體上主應(yīng)力作用能阻礙金屬晶間的滑移，保護金屬的完整性，不容易產(chǎn)生裂紋，所以冷軋管的冷加工率可達90%以上。但是軋槽設(shè)計不合理，或在生產(chǎn)中對槽型維修不當(dāng)，軋槽寬度過寬；或芯頭錐角設(shè)計不合理，使管坯變形中減徑量增大，這兩種情況都會使金屬沿橫向不均勻變形增加，鋁管材在橫向上出現(xiàn)壁厚不均，可能產(chǎn)生裂紋。

在冷拉伸過程中，由于外層金屬在軸向上比中心受到較大的剪切變形和延伸變形，拉伸后因彈性的后效作用，外層比中心要縮短的量大。但拉伸件的整體性妨礙了其自由變形的可能，結(jié)果即在產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。對于冷拉圓棒，在軸向外層產(chǎn)生拉應(yīng)力，中心產(chǎn)生與其平衡的壓應(yīng)力。在徑向由于同樣的作用，所有同心的環(huán)形薄層要增大直徑，但受到阻礙不能自由漲大，產(chǎn)生壓應(yīng)力；中心處壓應(yīng)力最大，外層壞最小，等于零。在周向上，其中心部分因軸向和徑向受到殘余壓應(yīng)力，外層金屬又阻礙其自由漲大，從而產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，而外層則產(chǎn)生與之相平衡的殘余拉應(yīng)力。




冷拉管中的殘余應(yīng)力在管壁中的分布規(guī)律與圓棒材半徑上的殘余應(yīng)力分布相同，但在周向上因拉伸方法和配模設(shè)計的差異，殘余應(yīng)力的分布在數(shù)值上存在較大的變化。位伸時管子在內(nèi)、外表層變形量不同，其變形差值用內(nèi)徑縮減率和外徑縮減率的差表示，即：

                    Δ=[(d0-d1)/d0-(D0-D1)/D0]*100%

式中，d0，d1------分別為管材拉伸前、后的內(nèi)徑；
      D0，D1------分別為管材拉伸前、后的外徑。

由生產(chǎn)實踐得知，變形差值越大，即不均勻變形越大，周向殘余應(yīng)力越大。帶芯頭拉伸時，管坯直徑受壓縮減小，管壁也受到壓縮變形，故內(nèi)、外層變形差值減小，因此管材外表面產(chǎn)生的周向殘余拉應(yīng)力較小。空拉時，只有減縮直徑，沒有減小壁厚，差值增大，周向殘余應(yīng)力明顯增加。當(dāng)鋁管材表面出現(xiàn)的殘余拉應(yīng)力超過材料的抗拉強度時，即會產(chǎn)生裂紋。

由于鋁管材中殘余應(yīng)力的存在，即便沒有出現(xiàn)裂紋，也會明顯降低材料的穩(wěn)定性和抗腐蝕性，使得材料的表面、尺寸和形狀隨著停放時間的延長而發(fā)生變化。采用這樣的材料加工零件時，有可能使應(yīng)力陡然釋放，本來是圓形零件但發(fā)生突變而成為橢圓形。

防止或減少鋁管材生產(chǎn)中裂紋的發(fā)生，提高金屬材料的穩(wěn)定性，在變形加工過程中須盡可能減小塑性變形錐內(nèi)的不均勻變形，降低變形后的殘余應(yīng)力及在后續(xù)加工中，采用矯形或熱處理以消除或減小殘余應(yīng)力。對于不同的管材，具體做法為：

（1）對冷軋管，設(shè)計工、模具時，合理設(shè)計芯頭錐角和軋槽孔型；生產(chǎn)工藝上，合理選擇送料量，從而減小減徑量，減小寬展，降低減徑區(qū)的壓扁程度，減少不均勻變形。

（2）對冷拉管，帶芯頭拉伸時，盡可能減小減輕量，增大減壁量，使管材內(nèi)、外表面的變形差值趨近于零，實現(xiàn)無周向殘余應(yīng)力拉伸。

（3）對空拉管，若斷面加工率相同，空拉比帶芯頭的襯拉大得多，且隨著減徑量的增加而增大，因此管材的整徑或減徑的變形量要合理選擇。變形量太大，殘余應(yīng)力增大；變形量太小，會影響表面質(zhì)量，甚至由于材料的彈性影響，使塑性變形不能充分體現(xiàn)，達不到整徑或減徑的目的和效果。

（4）對拉伸坯料進行多次退火，減少兩次退火間的總加工率，以減小分散變形度，減少接觸表面上的摩擦；采用合適的模角，拉伸時使坯料與模子軸線良好地吻合，減小不均勻變形。

4.6金屬及非金屬壓入或壓坑

在壓延和拉伸過程中，金屬顆粒物如鋁屑和各種氧化物顆粒在壓力作用下被嵌入管壁內(nèi)，稱為金屬及非金屬壓入，壓入金屬顆粒掉落成為壓坑。該缺陷減小了鋁管材的有效斷面積，破壞金屬的連續(xù)性，降低金屬材料的力學(xué)性能。

引起金屬及非金屬壓入或壓坑的原因有：

（1）管坯在鋸切加工過程中，切口存在毛刺，未打磨；內(nèi)、外表面黏附鋁屑，未吹報干凈，壓延或拉伸時被壓入。

（2）潤滑劑使用時間太長，未進行充分、有效過濾，含鋁屑和其他氧化物顆粒，裹入潤滑膜中被壓入。

（3）毛料切斜度太大，壓延時尖銳處易呈碎片而被壓入。

（4）芯頭局部損壞或粘鋁，隨后進入管壁內(nèi)。

為避免金屬及非金屬壓入或壓坑，應(yīng)加強工藝過程控制與質(zhì)量管理，徹底吹掃干凈管坯內(nèi)、外表面的鋁屑和塵埃；對潤滑油充分過濾，并及時更換，避免金屬和夾雜顆粒流入壓延或拉伸過程而壓入鋁管材表面。

4.7擦、劃傷

工、模具表面粗糙、粘鋁；潤滑油膜抗壓能力低，在壓延或拉伸時，油膜遭到破壞，金屬與工、模具表面直接接觸，發(fā)生摩擦；輸送管道或輥套表面不平，存在尖銳型凸起物，都可能產(chǎn)生鋁管材表面擦傷或劃傷。

生產(chǎn)前須對工、模具輸送管道與輥套、潤滑油進行認真檢查，確認合格后方能投入生產(chǎn)。生產(chǎn)過程中應(yīng)對鋁管材內(nèi)外表面進行檢查，發(fā)現(xiàn)擦、劃傷應(yīng)及時進行處理。

4.8橢圓

鋁管材內(nèi)圓與外圓圓心不重合為壁厚不均引起，鋁管材圓形直徑不等，存在長短軸現(xiàn)象為橢圓。橢圓長短軸相差太大，即圓度超差，對要求高精尺寸的用戶如氣動元件用管是不允許的。

產(chǎn)生橢圓的原因很多，就壓延和拉伸而言，主要有：

（1）壓延管材。孔型設(shè)計和制造存在偏差，孔型軋槽呈橢圓形；軋槽磨損過大，由圓形演變成橢圓；操作時間隙調(diào)整不正確，使軋制鋁管材呈橢圓狀。

（2）拉伸管材。模子定徑區(qū)失圓，呈橢圓形。模角過大，定徑區(qū)太短；道次加工率太小，拉伸后易發(fā)生變形，產(chǎn)生橢圓。

合理設(shè)計，提高工、模具制造精度；加強對工、模具的維修管理；執(zhí)行正確的操作規(guī)程，可提高鋁鋁管材圓度。

4.9 跳車痕

固定芯頭拉伸，芯頭與芯桿采用螺紋連接，剛性固定。芯頭與管材內(nèi)表面、模子與管材外表面均發(fā)生接觸，摩擦面積大，摩擦力大。由于芯頭與芯桿屬于剛性連接，拉伸相同樣受力的作用。拉伸鋁管材長度增加時，芯桿隨之增長，在自重作用下產(chǎn)生彎曲隨之加重，使芯頭在模孔中難以固定于正確位置；同時由于芯桿受拉伸力影響，產(chǎn)生的彈性伸長量也增大，從而易引起跳車，形成跳車痕，或稱為跳車環(huán)、竹節(jié)。

減少拉伸鋁管材長度，或增加芯桿的剛性，或采用流動芯頭拉伸，可消除或減少跳車痕的發(fā)生。

4.10表面粗糙

如前所述，冷加工中產(chǎn)生表面粗糙缺陷主要是流動壓潤滑引起的。道次加工率小，加工中產(chǎn)生的正壓力小，可能在金屬與工、模具接觸的界面上潤滑油膜較厚，接觸界面的剪切變形在油膜中進行，工、模具的光滑表面對被加工金屬的表面起不到壓熨作用，從而保留了上道工序的加工表面，或更為惡劣的表面狀態(tài)，明顯出現(xiàn)表面粗糙化的傾向。

提高道次加工率，變流體動壓潤滑為邊界潤滑，充分發(fā)揮工、模具光滑表面對被加工金屬表面的壓熨作用，提高表面光潔度，可減輕或避免表面粗糙的產(chǎn)生。

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