压力加工中的金属粘着与粘着摩擦

3、了解压力加工中的金属粘着性和粘着性磨损，1了解金属压力加工中的粘着性概念2了解金属压力加工中的粘着性因素3了解金属压力加工中的金属粘着性条件，3.2金属特性对粘着性能的影响，比较滑动的金属，特别是压力加工中工具和变形金属之间的粘着和粘着通常要经过以下过程：1)边界润滑膜的破裂；2)金属表面氧化膜的破裂；3)在新鲜基体金属的暴露和压力和温度等条件下，在刀具表面生成金属；(4)剪切流导致粘合金属的产生、开发和剥离过程；(5)金属附着或附着在金属层上，会损坏产品表面和工具的磨损。这表明，影响工具和变形金属间粘合的条件和因素很复杂。金属粘合现象的发生条件简单归结为“临界温度条件”。临界膜厚条件和热不稳定性条件。影响粘合的因素包括刀具材料、变形金属和润滑剂的特性、金属表面增长率、表面压力、工具和坯的运动速度和温度、润滑剂引进条件、工具和坯的相对滑动距离、变形程度、变形温度和变形速度。事实上，我们可以将影响金属粘合的因素分为内部因素和外部因素两大类。许多金属材料的实验表明金属的特性对粘合有很大的影响。1)晶体结构：面芯立方体和体芯立方体金属都比密排六角金属有更多的滑动系统，通过塑性粗糙度过程与常接触表面几何吻合较好。(2)硬度：金属越软，对这种吻合就越有利。因此，刚度高的金属的粘合系数低。(3)弹性系数：弹性系数越小，硬度越低，由于各部分的弹性效应，粘滞点打开的可能性越小，有助于开发金属粘滞性。4)处理硬化系数、熔点与再结晶温度和粘合系数密切相关，本质是接触界面温度可能发生的扩散等力学过程。硬化系数大的金属不仅不会轻易切断粘滞点。显示出很强的附着力。而且，根据物理化学观点，在这种激烈加强的区域内，电位密度更大。也就是说，内部能量高，原子处于不稳定的高能状态。接触界面温度(体积、表面和局部闪光温度)越高，原子扩散运动能力就越强，如果有条件的话，甚至可以通过接口进行相互扩散过程，从而进一步加强粘合。5)粘合操作：接触金属的表面能(va，VB)越大，粘合所需的粘合力Wab就越大。但是，如果焊接在两个金属表面后的界面可以使vab高，则粘合力很小。在机械方面，表面能量大意味着金属本身的原子之间有很强的结合力，硬度越大，粘合就越难发生。为此，通常使用Wab/H测量粘合困难。Wab/H值与粘合系数成正比。金属铟的Wab/H值最大，是金属中附着力最强的金属。讨论了影响3.3金属粘合的外部因素、温度、表面氧化膜和工具与变形金属之间的配对特性对金属粘合的影响。3.3.1温度接触界面温度对粘合的影响与金属再结晶温度的高低、金属原子的扩散过程密切相关。以50MPa的压力将10mm的碳钢圆柱试件和82mm的管接头试件压在一起，以测量粘合力(两者再次分离的垂直力)随温度变化的情况。粘着力从700 左右开始测量，随着接触界面温度的增加，粘着力急剧增加，从1050到1120 ，最大值为0.8 1.0。3.3.2表面氧化膜主要反映在表面氧化膜的特性和接触滑移过程中被破坏和去除的程度。有色金属在工具表面很好地附着金属，钢则不然。因此，铝铜等有色金属可以广泛使用冷压焊接技术生产双金属材料。但是，金属在有色金属之间也不同，相互挤压连接所需的轧制比例不同，主要是因为各金属的表面氧化膜特性不同。从表3-3可以看出，铝的这个比例最大，最容易打结(粘)或固定。这是因为氧化物比基板金属坚硬易碎，在塑性变形时剪切流动过程容易破裂，暴露新鲜金属表面的可能性高，有利于金属间的粘合。铁和铁等金属之间有很强的粘合力，而氧化物对基板的铁硬度比例很小，因此表面氧化物阻止粘合的效果很大。因此，在轧制等加工过程中，金属的粘合问题反而不明显。3.3.3总结了接触金属之间的相互作用特性、对特性的影响-接触金属之间的溶解度或合金特性对该特性的影响。合金化理论表明，两种金属形成固溶体或金属间化合物的能力与金属的晶格类型、原子半径大小、电子浓度和组分之间的化合亲和力有关。例如，铁的几种金属的溶解度和铁的附着力见表3-4。例如，具有高溶解度的铜-镍金属的粘合磨损速度比互不相容的银-铁对高500倍。铅在钴、镍、铬和铁中溶解得较少，因此常用于机器中作为滑动轴承的匹配材料。铝在加工时对工具显示出很强的附着力，工具在热加工时粘铝现象尤为严重。即使挤压仅含4%到10%铝的铝青铜，穿孔的针也会严重粘在金属上，对管道内部表面造成严重的划痕，穿孔的针的寿命也会缩短。3.4压力处理金属粘合磨损，3.4.1热轧铝和铝合金轧辊铝及铝合金对刀具表面有很强的附着力，易于形成轧制，特别是热轧时粘在轧辊表面的铝层(涂层铝)。结果不仅摩擦大，对于热轧坯料表面，在后续工序(如冷轧或精密化)中难以消除的缺陷和阳极氧化处理中，产品的表面“黑点”也很多。热连轧铝的轧辊表面粘铝层的形成机理及工艺研究表明，粘铝层的厚度在其他因素不变的前提下，随着轧制度数的增加，开始快速增加，增加到一定厚度后，铝颗粒的粘合和剥离数大体相同的动平衡工艺。此最大厚度受许多元素的影响。一般来说，如果使用性能差的润滑剂来形成边界润滑膜，热轧板温度高、路径加工率高、纯铝或软铝合金滚动，粘铝层就会变厚。轧辊粘铝引起的产品缺陷一般有三种类型。胶接沟。坯料表面的一小块铝粘在滚筒表面上留下的槽。其大小和分布不均匀。在以后的轧制过程中，由于表面金属延长而可能被遮住的这个凹槽，只有通过侵蚀或阳极氧化才能显示出这种缺陷。推到粘合缺陷。粘着的铝层不稳定时，被剥落的粘着粒子重新粘在空白表面，然后被推到表面上。阳极氧化时氧化铝的绝缘性导致“黑斑”形成。压痕缺陷。轧辊表面形成厚度不均匀的粘铝层时，这些不规则形状压印在坯料表面，形成更平滑的坑或压痕形状。这种缺陷在冷轧时容易消除，对产品表面质量影响不大。3.4.2铝挤压模具粘性铝，挤压变形与轧制和拉深工艺比较，主要特点是变形金属在强烈的三向压缩应力状态下双向压缩-扩张变形和扩展系数一般为10以上(截面收缩率大于90%)。挤压铝和铝合金时，金属和挤压筒壁、模具和穿孔销表面可以在无润滑、高温和高压条件下长期接触。因此，工具和毛坯之间的粘合力更加明显。模具孔表面、挤压筒臂和冲孔针表面铝发生了严重的变化，与变形金属的摩擦变成了相同金属之间的摩擦，最终导致挤压产品表面严重刮伤。3.4.3压力加工金属粘合磨损，按磨损机理划分：粘合磨损；磨料磨损；表面疲劳磨损；腐蚀和微动磨损等。在金属压力加工过程中，如果工作条件主要是由粘合磨损形成的，则可以使用前面提到的金属粘合理论说明这一过程中发生的磨损现象。根据粘合磨损模型，表示粘合磨损的宏观规律是中间w体积磨损的总量。L-相对滑动距离；作用于N-接触面的垂直负载-更平滑材料的降伏压力应力k-实际接触点反映产生粘接磨损粒子的概率，是与摩擦偶材料性质相关的参数，如果在滑动期间实际接触点每次接触时产生-磨损粒子，则k=1。从上面看，体积磨损量与法向载荷成正比，与公称接触面积无关。这通常称为磨损定律。金属压力加工中可用的模具材料一般可分为四类：铸铁、钢、硬质合金和其他材料。表3-7列出了各种材质的名称、备选方案和特性等。钢中一些较为常见的碳化物的维氏硬度值见表3-8。为了提高工作模具的附着力和耐磨性，一般以高碳含量和高合金方向，组织中碳化物的数量增加，分布进一步分散；铸铁材料中有片状分布的石墨的润滑效果，使灰铸铁有助于减少工具和金属之间的粘合。硬质合金要注意钴含量(5 20%)的控制。因为随着钴含量的增加，硬质合金的耐磨性和耐磨性减少。对模具钢的模具使用性能的深入研究表明，模具的性能通常通过硬度来评价，而硬度则由碳化物和金属基体两者决定。碳化物的硬度固定(表3-8)，但基体硬度随组织状态变化。模具的耐磨性能主要与基体相关，而耐磨性主要与碳化物相关。碳化物对耐磨性的影响不仅与自身的硬度有关，还与粒子的大小、分布和形态有关。铁的碳化物硬度比钨、钼、钛、钒等合金元素形成的碳化物硬度小，因此合金模具钢的耐磨性更好。所有碳化物都是小球(直径0.7 1 m)，分布的时候。耐磨性更好。为此，模具钢必须进行球孔处理。3.8工作模具表面处理、工作模具表面处理可分为表面硬化、表面强化和表面润滑三种。为了提高耐磨性，可以进行表面硬化热处理。为了提高粘合力，可以进行表面润滑或表面强化处理。表面硬化是在工作模架表面形成坚硬的碳化物或其他坚硬的金属层。工业上使用的具体方法有渗透硬化法、气相沉积法、喷雾法、电镀法。表面强化处理以金属矩阵为对象，进行氮化等强化处理。机器中更多使用的表面润滑处理是通过在零部件表面渗透硫来减少摩擦系数以表示润滑性的处理，被认为是防止它们之间金属粘合的最合适的方法。3.8工作模具表面处理、工作模具表面处理可分为表面硬化、表面强化和表面润滑三种。为了提高耐磨性，可以进行表面硬化热处理。为了提高粘合力，可以进行表面润滑或表面强化处理。表面硬化是在工作模架表面形成坚硬的碳化物或其他坚硬的金属层。工业上使用的具体方法有渗透硬化法、气相沉积法、喷雾法、电镀法。表面强化处理以金属矩阵为对象，进行氮化等强化处理