不锈钢冷成型性40页--BD

1、不 锈 钢 冷 成 型 性 -cold forming stainless steel 内内容容概概要要 不锈钢冷成型性特点(组织别区分) 不锈钢冷成型注意要素 力 润滑剂 回弹 弯曲半径 不锈钢冷成型工艺 压弯成型 旋压加工 三辊成型 拉伸-卷缩成型 爆炸成型 管弯曲成型 结论 一、不一、不锈钢锈钢冷成型特点冷成型特点 成型性成型性决决定因素定因素 冷加工对材料机械性能的影响 一、不一、不锈钢锈钢冷成型特点冷成型特点 成型性成型性决决定因素定因素 r 在材料冷加工时其成型性很大程度上取决于屈服强度以多大的 速率接近最终的抗拉极限.在屈服强度曲线与抗拉强度曲线之间 的窄带表明成型性是被限制的.

2、窄带显示了可以变化的最大的屈 服,任何更进一步的形变都会导致材料的破坏.换言之,屈服强度 曲线与抗拉曲线的不收敛显示了材料加工性能的增加,这种材料 在相同的冷加工条件下有较高的延展性,因而它允许在成型过程 中有较大的形变; r 因此,加工硬化的反映以及对机械性能的影响,在钢的成型性方 面扮演了一个很重要的角色; 一、不一、不锈钢锈钢冷成型特点冷成型特点 奥奥氏体不氏体不锈钢锈钢成型性成型性 r 奥氏体不锈钢即Cr-Ni不锈钢.Ni合金元素的添加有利于提高成 型性,稳定性,有利于奥氏体晶体结构的形成.Ni/Cr比越高,奥氏 体越稳定; r 301钢种在奥氏体不锈钢中有最低的Ni含量(6.5%),

3、因此它有最 快的的加工硬化速率.尽管301钢种在退火状态下有完全的奥氏 体微观结构,但是由于其较低的Ni含量,在塑性变形中也有较快 的形成马氏体的比例.这将帮助材料抵抗缩颈使其有更多的均匀 变形; 一、不一、不锈钢锈钢冷成型特点冷成型特点 奥奥氏体不氏体不锈钢锈钢成型性成型性 r 304Cu钢种包含0.02%或是更低的C,以及9%左右的Ni,3%左右 的Cu.该钢种是普通奥氏体不锈钢中加工硬化最低的.冷加工中 的抗拉强度曲线与屈服强度曲线的明显的收敛表明在断裂前总 的变形量比高加工硬化钢种301要少.该钢种屈服强度低故在加 工该钢种时需要的初始力也较低; r 奥氏体不锈钢比铁素体的变形量大主要

4、是因为奥氏体高的延展 性(允许单次操作中的大的变形量). 在奥氏体不锈钢中,加工硬 化越快的钢种如301或304都能够承受单次的大的变形量.进行 过冷加工操作的奥氏体不锈钢允许不退火进行冷成型,但是中间 退火可能是需要的在一个连续进行的操作中恢复钢的初始延展 性. 一、不一、不锈钢锈钢冷成型特点冷成型特点 奥奥氏体不氏体不锈钢锈钢成型性成型性 r 通常,奥氏体不锈钢由于Ni含量的降低而成型变得困难.奥氏体 稳定化元素Ti、Nb 、Ta包括高的C含量的存在对钢种的成型性 有有利的影响.这是因为在微观结构中TiC等二次强化相的形成. r 快削钢(free machining steel)象303钢

5、种由于延展性很差甚至 连很轻的成型操作能不能承受.200系列奥氏体不锈钢由于其较 大的初始强度和大的加工硬化所以需要大的力.成型操作中他们 比相当的300系列有更大程度的回弹. 一、不一、不锈钢锈钢冷成型特点冷成型特点 铁铁素体不素体不锈钢锈钢成型性成型性 r 铁素体不锈钢的机械性能决定了其需要用与普通碳素钢不同的 冷成型方法.铁素体不锈钢冷成型操作与奥氏体的基本相同,但 成型条件不同. r 铁素体不锈钢与碳素钢相比有高的屈服强度,高的抗拉强度,低 的延伸率.尽管较高的起始应力是需要的,但力/负荷在形变过程 中不需要较大增加.这是因为铁素体不锈钢的加工硬化程度远不 及奥氏体. 一、不一、不锈钢

6、锈钢冷成型特点冷成型特点 铁铁素体不素体不锈钢锈钢成型性成型性 r 冷加工中430钢种屈服强度曲线快速向抗拉强度曲线靠拢,由于 必须超过屈服点后变形才能进行,所以屈服曲线与抗拉曲线的收 敛显示了冷成型过程中材料破坏的几率大大增加.这是铁素体不 锈钢非常典型的.这种影响的存在,在加上冷加工导致的延展性 的迅速减弱,在工艺过程中进行中间退火就显的非常重要. YS 应力 应变 TS 铁素体不锈钢拉伸图示 一、不一、不锈钢锈钢冷成型特点冷成型特点 马马氏体和氏体和双双相不相不锈钢锈钢成型性成型性 r 马氏体不锈钢也包括在400系不锈钢中,其有相对高的C含量(通 常在0.151.2%之间). 403、4

7、10和414等马氏体钢种在完全 退火状态下与铁素体不锈钢的成型性相似.剩余的其他马氏体钢 种由于其较高的碳含量一般不推荐进行冷成型操作. r 双相不锈钢有非常优秀的抵抗应力腐蚀开裂的性能.在微观构成 中大约有相同比例的奥氏体和铁素体。最常见的钢种是 2205(UNS S31803, Cr22%, Ni5.5%, Mo3.0%, N0.14%).双 相不锈钢与奥氏体不锈钢相比有更高的弹性强度,因此需要更大 的力. 一、不一、不锈钢锈钢冷成型特点冷成型特点 马马氏体和氏体和双双相不相不锈钢锈钢成型性成型性 r 由于双相不锈钢的高的弹性强度,因此大的回弹可以预测.在90 的弯曲工艺中大约要超过10%

8、左右的弯曲量才能补偿回弹造成 的影响. r 双相不锈钢,如2205要求有大的弯曲半径通常是板厚的34 倍; r 大的冷变形发生后,应该仔细考虑是否需要进行再退火,尤其是 对抗腐蚀性能要求较高时. 二、不二、不锈钢锈钢冷成型注意因素冷成型注意因素 力力 r 不锈钢成型所需要的力比相同厚度的低合金钢和碳素钢要大,主 要是不锈钢较高的屈服强度.一般大约是它们的两倍,当然这与 具体的钢种也有很大的关系; r 由于奥氏体加工硬化快,不仅大的初始力是需要的,而且在成型 过程中力的增加也是必须的.大部分的铁素体不锈钢表现出了与 碳素钢相似的加工硬化行为.但是较大的初始力也是必须的还是 因为铁素体的比较高的起

9、始屈服强度; 二、不二、不锈钢锈钢冷成型注意因素冷成型注意因素 润润滑滑剂剂 r 为了保护不锈钢高质量的表面,在不锈钢成型过程中润滑剂的使 用是非常重要的.另外,不锈钢有高的强度,高的硬度,低的导热能 力和高的摩擦系数,磨损和划痕是很普遍的问题,尤其对奥氏体 钢,在高压作业中更应该注意; r 成型工艺中润滑剂的选择主要基于两个方面的考虑: 润滑剂必须有效.比如,它必须对成型过程有帮助,使废品和划痕缺陷 最小化等; 润滑剂必须有利于延长模具的使用寿命.主要是磨损和维护. r 对于要求比较严格的成型,冷轧退火酸洗后的表面(2D表面)是 最合适,因为相对粗糙的表面保留润滑剂的效果比光滑的或研磨 的表

10、面要好.但是有些2B表面几乎能够满足所有的冷成型操作. 二、不二、不锈钢锈钢冷成型注意因素冷成型注意因素 润润滑滑剂剂 r 加工后润滑剂是否能够很容易地去除也是应该考虑的非常重要 的问题,尤其是当该加工件将使用在高温环境中时. 退火或热处 理去除应力或是焊接过程,如果润滑剂不能被完全地去除,在高 温环境下碳将快速扩散进入钢材,这将引起敏化和对抗腐蚀性的 损害; r 无论执行的操作是什么,润滑剂的选择对质量和成本都有很大的 影响. r 下页表中列举了具体冷成型工艺推荐使用的润滑剂. 二、不二、不锈钢锈钢冷成型注意因素冷成型注意因素 润润滑滑剂剂 (润滑剂选择) 二、不二、不锈钢锈钢冷成型注意因素

11、冷成型注意因素 回回弹弹 r 在任何弯曲工艺中,加工件在中性层两侧塑性变形区出现拉或压 的应力; r 在中性层两侧,塑性形变保留,因为这部分材料受力已经超过了 弹性极限.回弹从宏观上讲意思就是加工成型后弯曲角度与弯曲 半径复原的现象; 二、不二、不锈钢锈钢冷成型注意因素冷成型注意因素 回回弹弹 r 如果以下的情况发生回弹量将增加: -材料的弹性极限由于冷加工而增加; -塑性应变增加; -当给定厚度的板通过一个较大的半径进行弯曲时,包含的塑性 形变量取决于工件的厚度和折弯半径,而不是总的折弯角度.因 此,当折弯半径与板厚的比率增加时弯曲每度回弹的量将增加 r 回弹可以被控制通过减少折弯半径或是轻

12、度的过弯曲; 二、不二、不锈钢锈钢冷成型注意因素冷成型注意因素 弯弯曲半曲半径径 r 对给定的金属,折弯成型而不出现裂纹的最小的半径称为最小折 弯半径.折弯半径通常与板厚成比例增加; r 对非常软的钢或者延展性高的钢,比如经过退火的钢,零半径折 弯成型是可能的; r 一般而言,对于退火状态的材料,折弯半径与材料厚度相等即可 以满足大部分的工程需要.但是,冷加工材料,将需要大的弯曲半 径,例如,1/4H,R=1.01.5T,3/4H,R=36T. 三、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 ( (冲冲) )压弯压弯( (曲曲) )成型成型 r 压弯成型主要用于小批量和相对简单的部件,压弯成型通常使

13、用 标准的V形模具,通过调整冲压机的冲程来控制回弹的发生程度; r 几乎所有的奥氏体不锈钢在退火状态下都能够进行180折弯 (半径略大于1T),但是需要的力比碳素钢高50%以上.奥氏体不 锈钢压弯过程回弹发生的很厉害所以一定量的回弹是允许的; r 奥氏体不锈钢通常比其他牌号的不锈钢更容易进行压弯成型,它 们的加工硬化特性被认为是对压弯成型非常的有利.因为高硬度 提高了抗疲劳性能; r 铁素体不锈钢由于使用的力较大易于产生疲劳进行形成裂纹. 三、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 ( (冲冲) )压弯压弯( (曲曲) )成型成型 r 不锈钢(尤其是奥氏体不锈钢)有高的延展性但是在冲压成型中边缘

14、部 分易于起皱,这主要是材料形变过程中切向压应力的作用导致材料失稳 产生,可以通过使用压边装置以及调整适当的压边力加以解决; r 铁素体不锈钢和极少牌号的马氏体不锈钢可以通过提高其温度在 120200来提高其冲压性能.在这个温度区间,金属延展性增加,成型 需要的力减少,加工件产生开裂的几率变少; r 用于压弯成型的模具的材料一般包括铝青铜合金、D2工具钢和其他一 些硬质金属合金; r 氯化润滑剂经常在压弯成型中使用,主要是因为其粘性和流动性可以在 一个较宽的范围内进行调整,而且该类润滑剂的去除也比较容易; 三、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 ( (冲冲) )压弯压弯( (曲曲) )成型成

15、型 典型的压弯成型工艺(一) 模具常用D2工具钢:D2是一种高碳高铬的工具钢,基本成分为1.5%C,12%Cr,0.5%Mn,0.8%Mo,0.9%V 三、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 ( (冲冲) )压弯压弯( (曲曲) )成型成型 典型的压弯成型工艺(二) 三、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 旋旋压压加工成型加工成型 r 旋压加工,也叫金属旋压成形技术，通过旋转使之受力点由点到 线由线到面,同时在某个方向给予一定的压力使金属材料沿着这 一方向变形和流动而成型某一形状的技术.主要加工一些旋转对 称体,如:杯子,碟子,锥形物等. 锥形及碟形等零件加工原理图 1. 长盘 2. 胎具

16、 3. 工件（毛坯） 4 后压板 5. 活络顶尖 6. 滚轮 三、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 旋旋压压加工成型加工成型 r 手工旋压可以加工几乎所有的奥氏体不锈钢和小部分的铁素体 不锈钢.但是通常铁素体不锈钢除430钢种外不使用旋压加工成 型方法,因为它们的延展性相对较低,可能在成型工具的高压下 引起加工件的局部激烈形变导致材料过早的变薄产生破坏; r 在旋压加工过程中奥氏体不锈钢加工件边部的开裂是个主要的 问题.这主要是局部的加工硬化和边部的微小裂口缺陷引起.在 旋压处理前对裂口缺陷进行修整和研磨处理可以克服该问题.破 裂和扭曲变形可以通过预留加工件边部窄带加以解决.边缘不良 部分

17、可以在最后的操作中进行剪切处理. 三、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 旋旋压压加工成型加工成型 r 常见钢种手工旋压中可能的最大的拉伸量: r 按控制方式,可以分为手工旋压和强力旋压, 强力旋压成型的工件表面比较粗糙需要后 续的表面处理使其变的光滑和明亮;按使用工具,可以分为辊旋 压和导板旋压,辊旋压成型的加工件表面容易留下螺旋形的凹槽, 对加工件表面也造成了一定程度的损伤; r 润滑剂被用来减少摩擦力并且提供冷却.对于手工旋压,推荐使 用强粘性的润滑剂;在强力旋压时润滑剂的冷却功能变的相当的 重要.通常避免使用硫化的润滑剂因为它们去除比较困难,残留 在材料上对材料的抗腐蚀性能有害. 三

18、、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 旋旋压压加工成型加工成型 导板旋压示意图 三、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 三三辊辊卷取成型卷取成型 r 传统夹传统夹送送辊辊形式形式 -上辊固定,下辊可以 依据板厚进行垂直调 节,尾辊进行有角度的 调节决定圆桶形的半 径。通常是上下辊驱 动，也有一些三辊驱 动。 三、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 三三辊辊卷取成型卷取成型 r 垫垫座形式座形式 -垫座形式是夹送辊 形式的改进型，有相 同的弯曲原理。成型 垫座与弯曲辊之间的 关系决定了圆桶形的 直径。尾部平坦区域 和传统形式相比有所 减少。 三、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 三三辊

19、辊卷取成型卷取成型 rr 金字塔形式金字塔形式 -下面两个辊直径相同 的且是上面辊直径的一 半。下面的两个辊是驱 动辊且是固定的，上面 辊可以在垂直位置进行 调整以获得不同的圆桶 形直径。加工件尾部的 平坦区域通过这种安排 可以基本被消除。 三、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 拉伸卷拉伸卷缠缠成型成型 r 用来进行不锈钢拉伸成型的机械要求比加工相似状态的碳钢机 械能够提供大60%100%的力,并且成型工具必须能够抵抗不 锈钢的磨蚀; r 奥氏体不锈钢特别适合该成型工艺.其中301钢种是最好的因为 它有高的延展性和高的加工硬化率;铁素体不锈钢仅适用于浅的 拉伸形状; r 回弹效应在均匀对称

20、的部分通常被抵销.板和板间的机械性能的 差异引起的回弹的不同导致了加工件尺寸上的偏差; r 如果在加工件和成型块间没有相对的运动,润滑剂可以很少使用 或是不用.如果有非常严格的要求,推荐使用擦拭垫块,低粘性氯 化油或石蜡. 三、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 拉伸卷拉伸卷缠缠成型成型 三、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 拉伸卷拉伸卷缠缠成型成型 三、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 拉伸卷拉伸卷缠缠成型成型 三、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 拉伸卷拉伸卷缠缠成型成型 三、不三、不锈钢锈钢冷成型工冷成型工艺艺 爆炸成型爆炸成型 r 爆炸成型是指通过爆炸产生的瞬间高压来改变金属坯料的形状; r 通常有两种方式 -可控系统:能够控制在非常精密的公差范围内主要适用于不锈钢管状 半成品; -开放系统: 利用爆炸形成的强烈冲击波通过水从预定的位置传递过来. 常使用纯金属模具来增加功效.在进行成型操