轧制理论知识点

金属压力加工：即金属塑性加工，对具有塑性的金属施加外力作用使其产生塑性变形，而不破坏其完整性，改变金属的形状、尺寸和性能获得所要求的产品的一种加工方法按温度特征分类1.热加工：在充分再结晶温度以上的温度范围内所完成的加工过程，T=0.75∽0.95T熔。2.冷加工：在不产生回复和再结晶温度以下进行的加工T=0.25T熔以下。3.温加工：介于冷热加工之间的温度进行的加工.按受力和变形方式分类：由压力的作用使金属产生变形的方式有锻造、轧制和挤压轧制轧制：金属坯料通过旋转的轧辊缝隙进行塑性变形。轧制分成纵轧（金属在相互平行且旋转方向相反的轧辊缝隙间进行塑性变形）横轧和斜轧。内力：物体受外力作用产生变形时，内部各部分因相对位置改变而引起的相互作用力。分析内力用切面法。应力（全应力）：单位面积上的内力全应力可分解成两个分量，正应力σ和剪应力τ主变形和主变形图示：绝对主变形：压下量Dh=H-h宽展量Db=b-B延伸量Dl=l-L相对主变形：相对压下量e1=(l-L)/L*100%相对宽展量e2=(b-B)/B*100%相对延伸量e3=(H-h)/H*100%延伸系数m=l/L压下系数h=H/h宽展系数w=b/B①物体变形后其三个真实相对主变形之代数和等于零；②当三个主变形同时存在时，则其中之一在数值上等于另外两个主变形之和，且符号相反。③当一个主变形为0时，其余两个主变形数值相等符号相反金属塑性变形时的体积不变条件：金属塑性变形时,金属体积改变都很小，其变形前的体积V1和变形后的体积V2相等.这种关系称之为体积不变条件,用数学式表示为V1=V2最小阻力定律认为:如果变形物体内各质点有向各个方向流动的可能,则变形物体内每个质点将沿力最小方向移动。影响金属塑性流动和变形的因素：摩擦的影响变形区的几何因素的影响工具的形状和坯料形状的影响外端的影响变形温度的影响金属性质不均的影响基本应力：由外力作用所引起的应力叫做基本应力。表示这种应力分布的图形叫基本应力图。附加应力：由于物体内各层的不均匀变形受到物体整体性的限制，而引起其间相互平衡的应力叫做附加应力。工作应力：基本应力与附加应力的代数和即为工作应力。1)当附加应力等于零时，则基本应力等于工作应力2)当附加应力与基本应力同号时，则工作应力的绝对值大于基本应力的；3)当附加应力与基本应力异号时，则工作应力的绝对值小于基本应力的。残余应力：塑性变形结束后附加应力仍残留在变形物体中时，这种应力即称之为残余应力引起变形及应力不均匀分布的原因1.接触面的外摩擦2.变形区的几何因素（在镦粗试件时：当H/d≤2.0，即压缩低件时将产生单鼓的不均匀变形；当H/d＞2.0，即压缩高件时将产生双鼓的不均匀变形）3.工件和工具的轮廓形状4.变形体温度分布不均匀5.变形物体的外端的影响6.金属本身性质的不均匀减轻应力及变形不均匀分布的措施:正确选定变形的温度-速度制度减少金属表面上的外摩擦合理设计加工工具形状尽可能保证变形金属的成分及组织均匀减轻或消除残余应力的措施:变形后进行热处理变形后进行机械处理冷变形中金属组织的变化1、晶粒被拉长:在冷变形中，随着金属外形的改变，其内部晶粒的形状也大体上发生相应的变化，即均沿最大主变形方向被拉长、拉细或压扁在晶粒被拉长的同时，晶间夹杂物和第二相也跟着被拉长或拉碎呈点链状排列，这种组织称为纤维组织。变形程度越大，纤维组织越明显。由于纤维组织的存在，使变形金属的横向（垂直于延伸方向）机械性能降低，而呈现各向异性2、亚结构:金属经过冷变形后，其各个晶粒被分割成许多单个的小区域，3、变形织构:由原来位向紊乱的晶粒到出现有序化，并有严格位向关系的组织结构按照坯料或产品的外形可分为丝织构(在拉拔和挤压条件下形成的织构特点：各晶粒有一共同晶向相互平行，并与拉伸轴线一致，以此晶向来表示丝织构。)和板织构(在轧制过程中形成的织构。特点：晶面与轧制面平行，晶向又与轧制方向一致)4.晶内及晶间的破坏:在冷变形过程中不发生软化过程的愈合作用，因滑移（位错的运动及其受阻、双滑移、交叉滑移等），双晶等过程的复杂作用以及各晶粒所产生的相对转动与移动，造成了在晶粒内部及晶粒间界处出现一些显微裂纹、空洞等缺陷使金属密度减少，是造成金属显微裂纹的根源金属性能的变化1.机械性能的改变:金属的变形抗力指标（比例极限、弹性极限、强度极限硬度等）随变形程度的增加而升高，金属的塑性指标（延伸率、断面收、缩率等）随变形程度的增加而降低。2、物理及物理-化学性质的变化:金属的密度降低金属的导电性降低（或电阻增大）导热性降低化学稳定性降低冷变形可改变金属的磁性金属与合金经冷变形后所出现的纤维组织及结构，皆会使变形后的金属与合金产生各向异性，即材料的不同方向上具有不同的性能。3.织构与各向异性:金属材料经塑性变形以后，在不同加工方式下，会出现不同类型的织构。由于织构的存在而使金属呈现各向异性。回复是：经冷塑性变形的金属在加热时，在再结晶晶核形成前，所产生的某些亚结构和性能变化的过程。再结晶：冷变形金属加热至再结晶温度以上，将形成一些位向与变形晶粒不同的内部缺陷较少的无畸变等轴小晶粒，这些小晶粒不断向周围的变形金属中扩展长大，直到金属的冷变形组织完全被等轴的新晶粒所取代的过程再结晶完全消除了加工硬化所引起的一切后果：使拉长的晶粒变成等轴形；消除了由晶粒拉长所形成的纤维组织及与其有关的方向性，消除在回复后尚遗留在物体内的第二种和第三种残余应力，使势能降低；消除了某些晶内和晶间破坏；加强了变形的扩散机制的进行；使金属化学成分的分布更为均匀；恢复了金属的力学性能(变形抗力降低，塑性升高)和物理、物理化学性质。T再＝0.5T熔再结晶的影响因素：变形量退火温度和时间原始晶粒尺寸微量溶质原子第二相的影响。金属热加工后的组织的变化1使铸态组织中的缩孔、疏松、空隙、气泡等缺陷得到压密和焊合。2.可使铸态组织改造成变形组织,它比铸锭有较高的密度使晶粒细化和夹杂物破碎均匀的化学成分性和抗力的指标都明显提高。3.纤维组织（热加工流线）：纤维组织的出现将使钢的机械性能呈现各向异性，在沿着纤维伸展的方向上具有较高的机械性能，。在制定工件的加工工艺时，必须合理的控制流线的分布情况，尽量使纤维与应力方向一致4.带状组织：带状组织会使金属材料产生明显的各向异性。如果出现带状组织的同时有较多拉长的非金属夹杂物，则会使钢板横向的塑性和韧性明显下降。带状组织可以用正火、高温扩散退火等方法加以去除。金属强化机制：.固溶强化第二相强化加工硬化细晶强化塑性:金属在外力作用下产生永久变形而不破坏其完整性的能力测定金属塑性的方法最常用的有机械性能试验方法和模拟试验法两大类塑性图定义塑性指标与变形温度关系的曲线图，称之为塑性图影响塑性的因素：1.金属的自然性质：组织状态的影响化学成分的影响铸造组织的影响2.变形的温度—速度条件：一般是随着温度的升高，塑性增加。但并不是直线上升的变形变形速度对塑性的影响比较复杂。当变形速度不大时，随变形速度的提高塑性是降低的；而当变形速度较大时，塑性随变形速度的提高反而变好变形程度对塑性的影响，是同加工硬化及加工过程中伴随着塑性变形的发展而产生的裂纹倾向联系在一起的3.力学条件：在进行压力加工的应力状态中，压应力个数越多，数值越大，金属塑性越高。主变形图中压缩分量越多，对充分发挥金属的塑性越有利提高塑性的主要途径有以下几个方面：控制化学成分、改善组织结构，提高材料的成分和组织的均匀性；采用合适的变形温度—速度制度；选用三向压应力较强的变形过程，减小变形的不均匀性，尽量造成均匀的变形状态；避免加热和加工时周围介质的不良影响。超塑性：金属材料在受到拉伸应力时，显示出很大的延伸率而不产生缩颈与断裂现象，把延伸率能超过100%的材料统称为“超塑性材料”，相应地把延伸率超过100%的现象叫做“超塑性”分类细晶超塑性相变超塑性锻造时的断裂预防措施：减少工件与工具间的接触摩擦；提高接触表面的光洁度，采用适当高效能的润滑剂；采用凹形模；采用软垫；采用活动套环和包套轧制时的断裂1．轧制时的表面开裂预防措施为避免上述断裂现象的发生，首先是要有适宜的良好辊型和坯料尺寸形状，其次是制定合理的轧制工艺规程（压下量控制、张力调整、润滑适宜等等）2.轧制时内部裂纹为避免此种断裂现象的发生，可增加l/h值随着的增加，变形逐渐向内部深入，当l/h到一定值后，轧件中间部分便由原来的纵向拉应力变为纵向压应力断裂的基本类型：脆性断裂韧性断裂变形区的主要参数【看书看课件第七单元】轧辊咬入轧件的条件作用力N与摩擦力T分解为垂直分力Ny、Ty和水平分力Nx、Tx。垂直分力Ny、Ty对轧件起压缩作用，使轧件产生塑性变形；Nx与轧件运动方向相反，阻止轧件咬入；Tx与轧件运动方向一致，力图将轧件拉入辊缝。显然Nx与Tx之间的关系是轧件能否咬入的关键，两者可能有以下三种情况若Nx＞Tx，则轧件不能咬入；若Nx＜Tx，则轧件可以咬入；当Nx=Tx时，轧件处于平衡状态，是咬入的临界条件【继续看课件】按最大咬入角计算最大压下量：当咬入角的数值为摩擦条件允许的最大值时，相应的压下量为最大：Dhmax=D（1-cosamax）改善咬入的措施：增大摩擦角β（即增大摩擦系数f）和减小咬入角a。提高摩擦系数的措施1）轧辊刻痕、堆焊，可使压下量提高20～40％2）合理使用润滑剂。增加咬入瞬间的摩擦系数3）清除炉尘和氧化铁皮4）在现场不能自然咬入的情况下，撒一把沙子或冷氧化铁皮可改善咬入。5）当轧件温度过高咬入困难时，轧件在辊道上搁置降温后再喂入轧机6）增大孔型侧壁对轧件的夹持力可改善轧件的咬入7）合理调整轧制速度。2降低咬入角的基本措施：使用合理形状的连铸坯，可以把轧件前端制成楔形或锥形；强迫咬入，用外力将轧件顶入轧辊中；3）减小本道次的压下量可改善咬入条件宽展：通常把轧制前、后轧件横向尺寸的绝对差值，称为绝对宽展，简称为宽展。以b表示。即：b=b-B式中B、b分别为轧前与轧后轧件的宽度。种类：自由宽展限制宽展强迫宽展影响宽展的因素1.压下量的影响：随压下量增加，宽展量也增加。2.轧辊直径的影响：随轧辊直径增大，宽展量增大。3.轧件宽度的影响：轧件宽度小于某一定值时，随轧件宽度的增加宽展增加；超过此一定宽度之后，随轧件宽度的继续增加而宽展减小，且以后不再对宽展发生影响。4.摩擦系数的影响：实验证明，当其它条件相同时，随摩擦系数增加，宽展增加。（摩擦受轧辊材质轧制温度轧制速度金属化学成分的影响）5.轧制道次的影响：在总压下量相同的情况下，轧制道次越多，总的宽展量越小。6.后张力对宽展的影响后张力对宽展有很大影响，而前张力对宽展影响很小。为什么延伸总是大于宽展？轧制时工具形状为圆柱体，必然产生有利于延伸变形的水平分力，它使纵向摩擦阻力减小，有利于金属纵向变形即使变形区长度与轧制宽度相等，延伸也大于宽展。前滑：在轧制过程中，轧件出口速度Vh大于轧辊在该处的圆周速度V，这种Vh＞V的现象称为前滑。前滑值：用出口断面上轧件速度与轧辊圆周速度之差和轧辊圆周速度的比值的百分数表示，即Sh=（Vh---V）/V*100%(V轧辊圆周速度)后滑：轧件进入轧辊的速度VH小于轧辊在该处圆周速度V的水平分量V×cos象称为后滑。后滑值：用入口断面处轧辊圆周速度的水平分量与轧件入口速度之差和轧辊圆周速度水平分量比值的百分数表示：Sh=（vcosa-VH））/vcosa*100%前滑的影响因素1.轧辊直径的影响：轧辊直径对前滑影响的实验结果指出：前滑随轧辊直径增大而增大。2.摩擦系数的影响：摩擦系数f越大，在其它条件相同时，前滑值越大凡是影响摩擦系数的因素，如轧辊材质、轧件化学成分、轧制温度、轧制速度等，都能影响前滑的大小。3.相对压下量的影响：前滑均随相对压下量增加而增加，而且以当h=常数时，前滑增加更为显著。4.轧件厚度的影响：当轧后厚度h减小时，前滑增大。h=常数时，前滑值增加的速度比H=常数时要快。5.轧件宽度的影响：当宽度小于一定值时，随宽度增加前滑值也增加；而宽度超过此值后，宽度再增加，则前滑不再增加。6.张力对前滑的影