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关于经旋压成型生产的高强度薄壁钢管缺陷发展的研究K.M.RajanandK.Narasimhan摘要旋压成型已经作为一种有良好发展前景,经济的金属成型技术开始出现。因为它能够提供高强度,高精度,具有优良表面光洁度的薄壁管。本文介绍了经旋压成型生产的高强度SAE4130钢管的实验观察研究。主要观察的缺陷是鱼尾纹、过早破裂、直径增长、微裂纹和宏观裂纹。本文通过各种失效模式分析各类缺陷并从中获取促成缺陷的各种因素。关键词金属成形包含物专家系统显微结构表面加工引言旋压成型是一种有发展空间、经济的金属成形技术,能够达到国防和航空航天工业发展需要的高比强度,高精密公差和优良的表面光洁度的要求。相对较低的加工成本和高的金属利用率要归功于无屑金属成形技术,然而将低强度材料加工成高强度产品则要通过应变硬化。旋压成型是一个渐进的形成过程,使用三维轧制过程的基本变化并结合轧制,剪切,弯曲成一体的操作。它既不像镦锻也像模锻。旋压成型本质上是逐点塑性变形过程,致使一部分形成高变形的显微结构。随着旋压成型的进行,材料的屈服强度、极限抗拉强度、硬度和相对延伸率都显著提高。传统上,管材的生产是通过热挤压、拉拔或皮尔格轧制等方式。然而若要通过热挤压生产出超出规定极限的薄管是不可能的。拉拔方式相对于挤压方式既简单又经济,因此对于较厚钢管的生产,一般先冷挤压,然后经拉拔或皮尔格轧机完成。拉拔过程基本上是一个拉伸过程。在拉拔的过程中,微观裂纹和缺陷从材料的内部开始传播,最后导致材料的破坏。对于硬度较高的材料,每道拉拔工序都需要将断面收缩率限制在10以内1,而且总的收缩率需要根据一系列的退火周期来确定。增加拉拔和退火工序都要增加相应的生产成本。很显然,用很难加工的材料通过拉拔方式来生产组件的成本很高。然而,如果对尺寸公差要求不高,用传统的拉拔方式来生产管材也是可取的。而旋压成型综合了传统管材生产方法的几种优势。1概述旋压成型用于生产具有精密尺寸公差的无缝管。无缝管,理论上来说可以代表最终的可靠性2。利用旋转轴进行金属剥皮和成品粗加工。金属零件和芯轴一起旋转(紧密的连在一起),滚珠和心轴连在一起,滚珠预先连到一台电脑数值控制的旋压机上。滚珠施加的压缩力使粗加工后的金属塑性提高。要达到变形金属所需要的形状和适当的壁厚,就需要控制滚筒和芯轴之间的间隙。旋压成型可以分为两种截然不同的加工方式拉旋成型和缩旋成型。在拉旋成型中,滚珠进给和变形材料前进的方向是同一个方向。变形材料受到拉应力,同时受到滚珠给予的压应力。在缩旋成型中,滚珠进给方向和变形材料前进方向相反。材料在滚珠下处于压缩状态,而变形区外不受力的作用。缩旋成型技术目前被用作研究,图示说明如下2正文本文介绍了关于用AISI4130钢生产的高强度薄壁管旋压成型过程中的故障和缺陷产生的原因的研究。研究还分析了能够导致故障和缺陷的各种冶金和机械类因素。经旋压成型生产的管材常见的缺陷有直径增长、过早破裂、结疤、鱼尾纹和耳子3。其他形式的缺陷包括胶件料厚不均、微裂纹和宏观裂纹。先进的三辊旋压成型机能够制造出精度高的管材4,5。然而像包含物和不均匀颗粒结构等冶金类和材料因素能够影响管材的质量。此外,选择不合适的变形参数也能够影响管材延伸的质量。本文将钢的冶炼特性和生产高质量的薄壁旋压成型管联系在一起5,6。3实验观察由于具有可用性、较低的成本和较好的冷变形能力,SAE4130钢被用来制造薄壁高强度无缝管,变形工具选择压力容器。缩旋成型技术在这此得到应用。本文描述的研究工作所用的SAE4130钢没有经过电渣冶炼法再冶炼。这些等级钢的包含物级别以美洲试验材料协会45为依据,具体如下硫化物氧化铝硅酸盐球状氧化物厚薄厚薄厚薄厚薄1.50.52.51.01.51.50.5钢中溶解氧、氮和氢的含量视分析结果而定,一般为氧22ppm、氮110ppm、氢3ppm。外部构造为三辊,内部为四轴CNC旋压机用于实验室工作。下图为旋压成型机的显微照片。粗加工成品用较厚的材料进行旋压成型进行锻造加工,用锥形穿孔机穿孔,芯轴精加工,然后进行淬火和回火。该流程经过三个道次完成,而且不需要中间退火。每个到此的硬度和厚度减少百分比如下表旋压成型硬度和厚度缩减百分比道次坯料厚度(mm)成品厚度(mm)坯料硬度(HRC)成品硬度HRC缩减百分比()119.509.7521285029.754.87528305034.8752.00303160旋压管经过一系列变形厚度减少约88,剪切和拉伸试验选用的材料是从整个管材上取的,见下图详细的机械性能和尺寸精度如下表旋压成型管的机械性能和尺寸精度机械性能尺寸精度极限抗拉强度0.2屈服应力弹性模量椭圆度平直度表面光洁度MPaMPammmmCLAμm理论1200min900min6min0.2max0.15max实际125013509501100780.150.200.10.15N5N64抗压实验满足一定力学性能和尺寸精度的管材需要进行100液压测试。使管材受到10的最大应力,时间预计一分钟,然后检查永久变形,然而无论无何都将过早破裂。经过这道测试后,该对该管进行爆裂测试。5爆裂压力测试随机选择相同的加热条件,不同加工方式下的管材进行爆裂压力测试。爆裂压力测试结果证实,边缘的安全系数高于整个部分。几种测试钢管样品如下
编号:201311171406056448    大小:1.54MB    格式:DOC    上传时间:2013-11-17
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淘宝运营上传于2013-11-17

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