低碳鋼沖壓制品呂德斯帶的預防措施

 1 概述 

    所謂呂德斯帶是指退火的低碳鋼薄板在沖壓加工時，由于局部的突然屈服產生不均勻變形，而在鋼板表面產生條帶狀皺褶的一種現象，如圖1所示。  

    對沖壓件來說，呂德斯帶的出現是不容許的，它會使工件表面產生皺褶，影響工件的表面質量。對于承受高壓沖擊載荷的鋼質薄壁高壓容器來說，呂德斯帶還會使容器在使用中產生體裂，造成傷亡事故，嚴重影響容器的使用性能。因此，探討如何預防呂德斯帶的產生有實用意義。  

    2 呂德斯帶形成的原因  

    當退火低碳鋼薄板進行沖壓時，其應力一日接近屈服點，變形就會首先在應力集中的區(qū)域開始，拼立即出現軟化現象，應力下降。在這一應力作用下，變形在這個區(qū)域可以繼續(xù)進行到一定程度，這時在變形區(qū)和未變形區(qū)的交界處會產生較大的應力集中和屈服，使得變形區(qū)逐漸向未變形區(qū)擴展。但是，在離變形區(qū)較遠的地方，仍然不會發(fā)生變形，于是就形成了狹窄的條狀區(qū)，即呂德斯帶。  

    由上述可知，閂德斯帶的產生是與低碳鋼存在屈服現象相聯系的。屈服現象的出現是巾于溶解在鋼中的碳、氟等原子在位錯周圍聚集形成的—種原子云而引起的。這種原子云稱作柯氏氣團。  

    金屬的變形是通過位錯運動來實現的，然而由于柯氏氣團的存在，使得位錯運動受到阻力，要使位錯繼續(xù)運動，就必須要有比位錯正常運動高的應力，才能使位錯與氣團分離，因而產生上屈服點。當位錯移動一段距離后，就可以擺脫氣團的阻力而在正常的應力下運動，這個應力就足下屈服點。因此，可以認為柯氏氣團的存在是產生呂德斯帶的根本原因。  

    3 預防措施  

    由呂德斯帶形成過程可知，它的產生必須具備下列條件：  

    (1)金屬有屈服現象，即金屬處于退火狀態(tài)。  
    (2)沖壓加工時，金屬在屈服階段產生較小的變形量。  

     用低碳鋼沖壓成形的薄壁容器，其生產工藝如下：  

    毛坯準備--多次拉伸(中間退火)--壓底--次口部退火--縮口--二次口部退火--機加工。  

    呂德斯帶就是在縮口工序產生的。一次口部退火時，受熱傳導的影響，斜肩處也產生退火，縮口時，斜肩附近的區(qū)域變形量很小，符合呂德斯帶產生的條件。產生的呂德斯帶也正好位于這個區(qū)域(如圖1所示)。經口部退火的成品，在使用過程中若再產生小的塑性變形，同樣還會在這一區(qū)域產生呂德斯帶。 

    鑒于上述呂德斯帶的產生條件，在進行沖壓工藝設計時，可采取如下預防措施(以圖1產品為例)：  

    (1)口部退火時，盡量縮短退火區(qū)長度，以降低斜肩附近區(qū)域的熱影響溫度，提高該區(qū)域的變形抗力，減小局部屈服的傾向性，可有效預防呂德斯帶的產生。  

    (2)降低末次拉伸的口部加工率，取消一次口部退火工序，壓底工序完成后直接進行縮口，使容器斜肩部位處廠連續(xù)兩次冷加工硬化狀態(tài)，這樣，縮口時變形部位無屈服現象，可杜絕呂德斯帶的產生。此方法只適用于縮口加工率較低的產品。這里需要特別指出的是：對于口部壁厚在1mm左右的無斜肩薄壁制品，縮口加工率很低，即使采用上述措施，仍難收到良好效果。若取口壁厚過小，其徑向變形抗力過低，縮口時會產生通體折疊。對于此類制品可采用如下措施：  

    增加末次拉仲半制品的長度，縮短一次口部退火變色區(qū)長度。采取這種措施，叫防止縮口時產生通體折疊，至于產生的呂德斯帶，因其集中在口部退火變色區(qū)內，可在以后的機加工序中切除。  

    (3)改進原材料的澆鑄上藝，以減少原材料中氣體原子特別是氮原子的含量。  

    氮是隨爐料進入鋼中的。在冶煉過程中，鋼液也從爐氣中吸收一部分氮。因此鋼中不可避免地存在一些氮。對于原材料的澆鑄，建議采用真空澆鑄技術，對鋼液進行脫氣處理，以減少鋼中氣體含量，使鋼液更純凈、組織更致密，從而提高鋼液質量。  

    在條件允許情況下，直接選用無間隙原子鋼(IF鋼)作為原材料，可杜絕呂德斯帶的產生。  

    (4)產品技術要求允許的情況下，可取消二次口部退火工序，可有效地預防成品在使用過程中產生呂德斯帶，若成品能在時效期內使用，也能有效防止呂德斯帶的產生。  

    以上措施，若能在設計工藝時綜合利用，能最有效地防止呂德斯帶的產生。  

    4 結束語  

    呂德斯帶是在一定條件下產生的加工缺陷，其預防措施的制定也是以防止其產生條件的形成為原則，具體措施隨產品不同而異。在我公司近年的新產品試制中，都不同程度地采用了上述措施，有效防止了呂德斯帶的產生，收到良好效果。 

參考文獻 
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