低碳鋼沖壓制品呂德斯帶的預(yù)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(shí)，由于局部的突然屈服產(chǎn)生不均勻變形，而在鋼板表面產(chǎn)生條帶狀皺褶的一種現(xiàn)象，如圖1所示。  

    對(duì)沖壓件來說，呂德斯帶的出現(xiàn)是不容許的，它會(huì)使工件表面產(chǎn)生皺褶，影響工件的表面質(zhì)量。對(duì)于承受高壓沖擊載荷的鋼質(zhì)薄壁高壓容器來說，呂德斯帶還會(huì)使容器在使用中產(chǎn)生體裂，造成傷亡事故，嚴(yán)重影響容器的使用性能。因此，探討如何預(yù)防呂德斯帶的產(chǎn)生有實(shí)用意義。  

    2 呂德斯帶形成的原因  

    當(dāng)退火低碳鋼薄板進(jìn)行沖壓時(shí)，其應(yīng)力一日接近屈服點(diǎn)，變形就會(huì)首先在應(yīng)力集中的區(qū)域開始，拼立即出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，應(yīng)力下降。在這一應(yīng)力作用下，變形在這個(gè)區(qū)域可以繼續(xù)進(jìn)行到一定程度，這時(shí)在變形區(qū)和未變形區(qū)的交界處會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中和屈服，使得變形區(qū)逐漸向未變形區(qū)擴(kuò)展。但是，在離變形區(qū)較遠(yuǎn)的地方，仍然不會(huì)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(chǎn)生是與低碳鋼存在屈服現(xiàn)象相聯(lián)系的。屈服現(xiàn)象的出現(xiàn)是巾于溶解在鋼中的碳、氟等原子在位錯(cuò)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(tuán)。  

    金屬的變形是通過位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的，然而由于柯氏氣團(tuán)的存在，使得位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到阻力，要使位錯(cuò)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，就必須要有比位錯(cuò)正常運(yùn)動(dòng)高的應(yīng)力，才能使位錯(cuò)與氣團(tuán)分離，因而產(chǎn)生上屈服點(diǎn)。當(dāng)位錯(cuò)移動(dòng)一段距離后，就可以擺脫氣團(tuán)的阻力而在正常的應(yīng)力下運(yùn)動(dòng)，這個(gè)應(yīng)力就足下屈服點(diǎn)。因此，可以認(rèn)為柯氏氣團(tuán)的存在是產(chǎn)生呂德斯帶的根本原因。  

    3 預(yù)防措施  

    由呂德斯帶形成過程可知，它的產(chǎn)生必須具備下列條件：  

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

     用低碳鋼沖壓成形的薄壁容器，其生產(chǎn)工藝如下：  

    毛坯準(zhǔn)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(jī)加工。  

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

    鑒于上述呂德斯帶的產(chǎn)生條件，在進(jìn)行沖壓工藝設(shè)計(jì)時(shí)，可采取如下預(yù)防措施(以圖1產(chǎn)品為例)：  

    (1)口部退火時(shí)，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(yù)防呂德斯帶的產(chǎn)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(jìn)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(shí)變形部位無屈服現(xiàn)象，可杜絕呂德斯帶的產(chǎn)生。此方法只適用于縮口加工率較低的產(chǎn)品。這里需要特別指出的是：對(duì)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(shí)會(huì)產(chǎn)生通體折疊。對(duì)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(shí)產(chǎn)生通體折疊，至于產(chǎn)生的呂德斯帶，因其集中在口部退火變色區(qū)內(nèi)，可在以后的機(jī)加工序中切除。  

    (3)改進(jìn)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(jìn)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(duì)于原材料的澆鑄，建議采用真空澆鑄技術(shù)，對(duì)鋼液進(jìn)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(zhì)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(chǎn)生。  

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

    以上措施，若能在設(shè)計(jì)工藝時(shí)綜合利用，能最有效地防止呂德斯帶的產(chǎn)生。  

    4 結(jié)束語  

    呂德斯帶是在一定條件下產(chǎn)生的加工缺陷，其預(yù)防措施的制定也是以防止其產(chǎn)生條件的形成為原則，具體措施隨產(chǎn)品不同而異。在我公司近年的新產(chǎn)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(chǎn)生，收到良好效果。 

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