冷拔管断裂现象的消除

1、高精度冷拔钢管断裂现象的消除高精度冷拔钢管断裂现象的消除（材料与热处理板块） 前言高精度冷拔管是通过大吨位液压冷拔机的拔制，生产出来的可以直接使用或略经珩磨后使用的液压（气动）缸筒。我国高精度冷拔管经过二十多年的研究，产品质量与技术性能已经可以达到世界先进国家的发展水平，并且已经大量使用在工程机械、塑料机械、纺织以及印刷机械、汽车减震器、石油抽油泵、混凝土输送缸等行业。使用高精度冷拔管，能节省投资，提高工效，减少原材料消耗，具有较高的经济价值和社会效益。可是，由于部分冷拔管企业不注重产品质量，盲目降低生产成本，减少冷拔道次和退火次数，造成一些大吨位油缸发生断裂事故。特别是液压吊车，其伸缩油缸8

2、10米，可吊起十几米远的重物，变幅油缸托起伸缩油缸，改变起吊高度，如果它们发生断裂，必将造成极大的人员以及财产损失。断裂是机械产品工程事故中较为多见而且危害最大的失效形式。因此，断裂原因分析及预防措施的研究，是广大工程技术人员及材料科学工作者极为关注的重要课题。大多数情况下，断裂具有突发性，特别是在产品的结构及工况条件比较复杂的情况下，很难直接观察到断裂的实际过程。高精度冷拔管主要使用在工程机械上，并且是机械的关键部件，所以，研究高精度冷拔管断裂现象并消除此缺陷，对高精度冷拔管行业的发展显得尤其重要。1冷拔钢管断裂现象的产生钢管冷拔时，由于热轧管坯存在裂纹等缺陷或高精度冷拔管被制成油缸后，在使

3、用过程中发生的断裂，几乎没有塑性变形发生，一般均为脆性断裂。脆性断裂是由多种原因引起的。如：晶界上有析出物时，不管其强度比基体强度强或弱，皆是产生裂纹的原因；晶界上夹杂物的偏析也是断裂的原因；另外，即使在远远小于屈服极限的交变载荷作用下，也会引起发生疲劳断裂现象。一般来说，液压（气动）零件在设计时使用的力学性能指标，都是假定材料是均匀的、连续的、各向同性的，根据这种方法分析认为是安全的设计，有时也会发生意外断裂事故。研究发现，在高强度金属材料中发生的低应力脆性断裂的过程中，材料组织远非均匀的、各向同性的。组织中会有裂纹、还会有夹杂物、气孔等缺陷，这些缺陷均可以看成为材料中的微裂纹。另外，脆性断

4、裂还与构件的使用温度有关。人们通过研究发现当温度低于某一特定温度值时，材料将会转变为脆性状态，其冲击吸收功明显下降，这种现象称为冷脆，所以，设计时还要根据构件的工作温度来选取具有合适冷脆转变温度的材料。2冷拔钢管断裂现象的分析液压缸缸筒爆缸后的外观特征:爆缸部位无一定位置，呈放射状，裂纹长短不一，裂纹扩展无方向性。    断口宏观特征：呈颗粒状且具明显解理台阶，属解理断裂。为了进行微观分析，取发生断裂的钢管与合格的高精度冷拔钢管试样，分别作金相组织检查，检验依据为：GB/T13299-1991金属显微组织检验方法、GB/T6394-1986金属平均晶粒度测定方法；测试仪器：

5、MNM-7金相显微镜；环境条件：温度570C，相对湿度5662%。检验结果显示，合格钢管的晶粒度为5级以上，基体组织为：珠光体+铁素体，晶粒组织大小一致、分布均匀。易发生断裂的钢管晶粒度为23级，基体组织为：珠光体+网状铁素体、混合晶粒，还存在带状组织、魏氏组织，晶粒大小不一，晶界处缺陷较多。特别是魏氏组织，属于一种过热缺陷，对性能的影响很坏。因为魏氏组织铁素体或渗碳体的针片横七竖八地割裂了钢的基体，形成许多脆弱面，所以使强度降低而脆性增大。金属的晶粒大小对金属的许多性能有很大影响。微观分析上，晶粒度的影响，实质是晶界面积大小的影响。对于金属的常温力学性能来说，一般是晶粒越细小，则强度和硬度越

6、高，同时塑性和韧性也越好。因为晶粒越细小，在一定体积内的晶粒数目越多，则同样的变形量下，变形分散在更多的晶粒内进行，晶粒内部和晶界附近的应变度相差较小，变形较均匀，相对来说，引起应力集中减小，开裂的机会也就相应地减小了。3冷拔钢管断裂现象的消除国外高精度冷拔钢管一般是通过在金属中增加合金的办法来提高材料的性能，钢管在冷拔后，均需要进行去应力退火，消除材料的残余应力，改善材料的组织，提高材料的塑性，从而达到防止钢管断裂失效发生的目的。目前，我国冷拔钢管的材质均为普通45#或20#钢27SiMn钢，通过冷拔变形使金属强度提高；可是，它是以牺牲金属的塑性、韧性为代价的。高精度冷拔钢管是以它的高尺寸精

7、度和高强度性能而立足于市场的，它必须要保证变形量在一定的范围之内，才能最大限度地发挥材料的性能，减少对材料的不利影响。冷拔钢管变形太小，不能达到表面光洁度与尺寸精度的要求，也无法达到构件的强度指标；变形太大，钢管的塑性、韧性降低过多，而且，晶粒被拉得过分细长，形成了纤维组织，金属会具有明显的各向异性。冷拔钢管的轴向，平行于晶粒的拉长方向，强度升高；冷拔钢管的径向，垂直于晶粒的拉长方向，强度反而降低，而液压油缸最大的应力正存在于钢管的径向上，所以，变形太大对充分发挥冷拔管的性能不利。对于钢材中出现的纤维组织以及位错、空位等晶体缺陷，一般均采取退火或正火等热处理手段加以消除。退火的目的是细化晶粒，

8、消除组织缺陷，降低硬度，提高塑性，也便于冷加工。冷拔钢管生产中，不可缺少退火设备，所以，制定合适的退火工艺，是保证冷拔钢管组织合格，产品不出现断裂缺陷的必要条件。如果生产厂家为了片面降低生产成本，减少退火工序，必将对产品质量造成不利的影响。钢管行业大量使用的20#钢、45#钢，属于亚共析钢，重（再）结晶退火须加热到Ac3点以上。常用钢材的退火加热温度见下表1。表1常用钢材的退火加热温度钢号    20#    35#    45#    40CrAC3，0C    850   

9、; 800    780    785t，0C    870900    840860    810840    830850加热温度的经验公式是：t=AC3+（2050）0C。温度太低，晶粒间缺陷无法完全消除，温度太高，晶粒尺寸便会增大。汽车吊用45#钢高精度冷拔管，冷拔前金相组织检查为2级，带状组织2级，魏氏组织2级，无法满足工程机械的组织要求。通过对原材料正火，消除了魏氏组织，晶粒度达到7级，退火后冷拔，金相检查满足了工程机械的组织要求。并且，在实际生产使用中，也没有出现过爆缸现象，从而，消除了冷拔钢管在油缸行业中断裂现象的发生。4结语断裂是影响构件产品质量的主要失效形式之一，而且，它还具有不可预见性，造成的危害极大。高精度冷拔管仅仅通过加大变形量，提高产品强度的办法，反而加剧了断裂失效的发生，降低了构件的断裂抗力。生产液压缸缸筒用的冷拔钢管要求在冷拔前进行正火处理，消除原先热轧管的组织缺陷。针对我们目前的热