第四章钢丝的拉拔
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钢丝拉拔道次全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:钢丝拉拔是一种常用的金属加工工艺,通常用于生产各种类型的金属丝。
钢丝拉拔道次指的是一根钢丝在经过一系列拉拔过程后达到最终的规格和性能要求。
这个过程通常需要经历多个道次,每个道次都会对钢丝的形状、尺寸、结构和性能进行一定程度的改变。
在钢丝拉拔道次中,每个道次都有其特定的功能和作用。
经过拉拔道次可以降低钢丝的直径和截面积,从而实现钢丝的细化和增强。
在每次拉拔中,钢丝的金属晶粒会发生重新排列,结构会变得更加紧密,从而提高了钢丝的强度和硬度。
拉拔还可以改善钢丝的表面质量,减少缺陷和微裂纹,使钢丝更加光滑和均匀。
钢丝拉拔道次的数量和顺序通常是根据钢丝的要求和用途来确定的。
一般来说,拉拔道次越多,钢丝的性能和质量就会越高。
有些特殊要求的钢丝,比如高强度、高硬度、高导电性和高抗腐蚀性的钢丝,可能需要经过数十次甚至上百次的拉拔。
而对于一般应用的普通钢丝,只需要经过几次拉拔就可以满足要求了。
在进行钢丝拉拔道次的过程中,需要注意一些关键的技术和控制点。
首先是拉拔道次的选取和顺序,需要根据钢丝的要求和特性来确定。
其次是拉拔过程中的拉力和速度控制,需要保证拉拔的均匀和稳定,避免出现过大或过小的变形。
还需要注意拉拔模具和设备的保养和维护,保证拉拔过程的顺利进行。
钢丝拉拔道次的质量也受到操作技能和工艺水平的影响。
操作员需要具备一定的技术和经验,熟悉拉拔设备的使用和调整方法,能够准确地控制拉拔过程中的各项参数。
还需要关注拉拔设备的维护和保养,及时发现和处理设备故障,保证拉拔的质量和效率。
钢丝拉拔道次是一项重要的金属加工工艺,对于生产高质量的钢丝具有至关重要的作用。
通过合理的道次设计和严格的工艺控制,可以实现钢丝的细化、增强和改善,满足不同的应用需求。
需要注意操作技能和设备维护,保证拉拔过程的顺利进行和质量稳定。
希望以上内容能够对你理解钢丝拉拔道次有所帮助。
第二篇示例:钢丝拉拔道次是一种常见的金属加工工艺,它主要用于制作钢丝和钢丝绳等产品。
8. 拉拔时钢丝性能变化的一般规律信息来源:金属制品网日期:2013-12-27 点击:32 文字大小:[大] [中] [小]8.1. 力学性能在显微组织结构相同的前提下,钢丝冷加工强化系数随含碳量增大而增大,是一个大家普遍认知的基本规律。
实际上,氮与碳具有完全相同的特性,往往被人们忽视了,氮对冷加工强化的贡献几乎与等量碳相同。
因此对气体保护焊丝(08Mn2Si)和帘线用钢丝(72A)等,希望从盘条用最少循环道次直接拉拔到成品的钢丝,必须控制钢中氮含量(≤60ppm或≤40ppm)才能保证拉拔顺利进行。
氮含量的增加还会导致钢丝的应变时效脆化效应增强。
显微组织结构对冷加工强化系数有决定性的影响,从表11可以看出,不同组织结构的碳素钢丝中,索氏体钢的冷加工强化系数最大,粒状珠光体钢的冷加工强化系数最低。
广而言之,奥氏体钢的冷加工强化系数最大,铁素体钢的冷加工强化系数最低。
对于同一炉号的钢,只要其组织结构相同,冷加工强化系数一般是衡定的。
表11 不同牌号、不同组织结构钢丝的冷加工强化系数(K)8.2. 工艺性能 8.2.1. 成形性能反复弯曲、缠绕和扭转是弹簧成形和服役时必须承受的应力状态,通称为韧性指标,是弹簧钢丝的重要考核指标。
图31显示,反复弯曲次数、缠绕性能和扭转次数是随拉拔减面率的增加而缓慢下降的,但又并非完全如此。
因为这三项指标除受冷加工强化影响外,还受钢的化学成分、纯净度、组织结构的均匀性、气体含量(尤其是[H]含量)、钢丝残余应力的分布状况、以及应变时效脆化效应的影响,而且后者的作用往往远大于前者。
通过调整化学成分和拉拔工艺,钢丝在获得预定抗拉强度的同时,可以得到不同等级的韧性指标。
图32给出了生产Φ2.0mm,抗拉强度160~185kg/mm2级制绳钢丝的几种工艺方案,方案a选用60钢、Φ5.5mm热轧盘条,表面处理后直接拉拔到Φ2.0mm,此时抗拉强度刚达到下限要求,考虑到性能的波动,必须加大投料尺寸,但钢丝断后伸长率已降到很低水平,扭转值已超过最高点并开始下降,显然是不合适的。
2023年钢丝绳制作安全操作规程钢丝绳是一种广泛应用于各行各业的重要工具,但其制作过程中存在一定的安全风险。
为了保障工人的安全和生产的顺利进行,制定一套全面的钢丝绳制作安全操作规程是非常必要的。
以下是钢丝绳制作安全操作规程的详细内容,共计3000字。
第一章总则第一条为规范钢丝绳制作过程,提高生产效率,保障工人安全,制定本安全操作规程。
第二条本规程适用于所有从事钢丝绳制作的工人和相关管理人员。
第三条所有从事钢丝绳制作工作的人员必须参加相关的安全培训,熟悉本安全操作规程,并遵守规定。
第四条工人在开展钢丝绳制作工作前应自觉检查工作场所的安全设施是否完善,工具设备是否正常。
第五条钢丝绳制作工作必须在经过安全检查并得到许可的情况下进行。
第六条在制作钢丝绳的过程中,必须严格按照作业流程和操作要求进行,不得随意进行个人操作。
第二章工作准备第七条开展钢丝绳制作工作前,必须做好充分的工作准备。
第八条确保工作场所的通道畅通,排除障碍物,防止滑倒等意外发生。
第九条工作场所必须配备完善的通风设施,保持室内空气流通。
第十条工作场所中必须配备完备的消防设备,保持灭火器、灭火器等消防设施完好。
第十一条工作场所必须统一规划工作区域和材料存放区域,确保整洁有序。
第十二条工作人员必须配备所需的个人防护装备,包括安全帽、防护眼镜、耳塞、防护手套、防护靴等。
第十三条检查工作所需的工具和设备是否完好,无缺失损坏的情况。
第三章安全操作规程第十四条工作人员必须牢记“安全第一”的原则,安全操作是工作的基础,不能因为工期紧急等原因而忽视安全。
第十五条在钢丝绳拉拔过程中,必须确保操作人员有足够的力量和技术经验,避免拉力突然减小或失控。
第十六条在钢丝绳漂洗过程中,必须保持操作区域的干燥,避免钢丝绳打湿造成安全隐患。
第十七条在钢丝绳挂装过程中,必须根据工艺要求严格掌握挂装力度,避免因力度不足或过大导致钢丝绳脱落或损坏。
第十八条在钢丝绳打捆和包装过程中,必须按照工艺要求选择合适的打捆工具和包装材料,确保钢丝绳的安全运输和储存。
拉拔操作规程
1润滑剂的选择:对于不同直径、不同钢号的钢丝应选用不同的润化剂,对中高碳钢丝应选用G38或G58的拉丝粉。
2模具的选择:原则是根据钢丝含碳量的大小选用模具,对于中高碳钢丝应选用硬质合金构造的。
3模具的配置:根据成品钢丝的直径和所拉道次配模,也就是根据压缩比配模。
通常第一道次和最的一道次压缩比稍小,中间道次逐渐递减的情况配模,初拉道次的压缩比小得超过40%。
4拉拔的过程:将钢丝用行车吊入放线架上,将钢丝一头放入扎尖机上扎尖,然后在模具盒内放入模具和拉丝粉,打开冷却水阀门,扎尖好的钢丝穿过模具盒,再用铁链将钢丝卡紧,铁链的另一头挂在收线机上,最后开动主动放线机和收线机的操作仪器,钢丝即开始拉拔。
5拉拔过程中的注意事项:
5.1拉拔前班组长应简单检验放线机与收线机的电路情况。
5.2拉拔过程中应注意润滑剂的润滑效果。
5.3拉拔过程中应注意成品钢丝的表面质量,不得裂纹和结疤。
钢丝表面的颜色应为黑亮色。
5.4拉拔过程中每盘钢丝的对焊头应涂上硫酸铜,这样拉拔后的焊头就清晰可见,便与切除。
6拉拔后的半成品钢丝了应挂上标牌。
7注意控制台与工作场地的卫生情况,做到交班打扫。
钢丝拉拔计算的简便方法
钢丝拉拔计算是工程设计中常用的一项计算。
一般来说,钢丝拉拔计算需要考虑材料的强度和断裂强度等因素。
然而,有一种简便方法可以用来进行钢丝拉拔计算,即按照以下步骤进行:
1. 确定钢丝的直径和长度。
2. 计算钢丝的横截面积。
3. 在拉拔之前,将钢丝的长度加倍。
例如,如果钢丝的长度为10米,则加倍后的长度为20米。
4. 确定拉拔的速度和所用的力。
5. 根据以上数据计算出拉拔过程中钢丝的应力值。
6. 比较钢丝的应力值和断裂强度,如果应力值小于断裂强度,则钢丝不会断裂。
采用上述简便方法进行钢丝拉拔计算,虽然可能不够精确,但在一些实际工程中已经得到了广泛应用。
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钢丝拉拔中的振动物理模型沈志军;郭天印;段建华【摘要】根据钢丝拉拔过程中的实际并适当简化,给出钢丝拉拔中的振动假设.在假设的基础上,利用数学物理方程推导出钢丝拉拔中的振动模型,对模型进行修正,给出振动模型系数的具体表达式.通过对模型的解释,得知在拉拔中钢丝振动的最大影响因素是模盒和卷筒之间的钢丝长度,提出工艺改进方向和待解决的问题.【期刊名称】《广东第二师范学院学报》【年(卷),期】2019(039)003【总页数】5页(P63-67)【关键词】钢丝;拉拔;振动;模型【作者】沈志军;郭天印;段建华【作者单位】咸阳宝石钢管钢绳有限公司,陕西咸阳712000;陕西理工大学数学与计算机科学学院,陕西汉中723000;新余新钢金属制品有限公司,江西新余338004【正文语种】中文【中图分类】O29;TG356.40 引言图1 钢丝拉拔过程的工程示意图钢丝及其制品是重要的金属线材制品. 工程中,钢丝可采用如下方式生产得到. 高速线材(也称盘条)经过模盒,并在拔丝粉的润滑下,通过模盒中的模具达到某一直径,然后收卷在卷筒(也称罐体)上,这是一个较简单的拉拔过程. 高速线材经过多个拉拔过程,高速线材的直径会达到某一个直径,该工业产品一般称为拉拔钢丝. 一个拉拔过程的简化示意见图1.图1中,左侧的矩形框表示模盒,右侧的圆表示卷筒,模盒和卷筒之间的几何线段表示拉拔钢丝,图1所示的钢丝上未施加外加载荷. 工程中发现下述现象:如果在模盒和卷筒之间的钢丝上施加一定的载荷,那么可以避免钢丝表面出现因振动引起的竹节纹,从而显著改善钢丝的品质.综上所述,问题如下:施加外加载荷前后的钢丝有无力学变化.为便于理论推导,根据问题背景做以下假设.1 工程模型假设(a)假设钢丝为弹性几何曲线. (b)施加外加载荷后,钢丝静止;无施加外加载荷时,钢丝振动. (c)拉拔过程中钢丝匀速,拉拔力远远大于外加载荷,忽略润滑和摩擦的作用. (d)模盒和卷筒之间的拉拔钢丝长度远远大于未加载荷钢丝振动时的横向位移.2 符号约定T:表示钢丝拉拔力;ρ:表示钢丝线密度;π:表示圆周率;E:表示钢丝弹性模量,为材料常数;I:表示钢丝对中性轴的惯矩,为几何常数;t:表示时间;F:表示外加载荷;h:表示外加载荷F下产生的位移;l:表示模盒和卷筒间的钢丝长度;a:表示模盒和外加载荷作用点之间的距离;b:表示外加载荷作用点和卷筒之间的距离;u(x,t):表示钢丝随时间t和距离x的位移;φ(x):表示钢丝在初始时刻,距离x的位移;f:表示钢丝在模盒和卷筒间的振动频率;g:表示重力加速度;E:表示能量;S:表示钢丝横截面积.3 波动力学计算图2 钢丝拉拔过程的几何示意图将图1所示的模盒简化为点A;卷筒简化为点B;线段AB表示钢丝;线段AB上点P表示线段上任意一点,AP的距离为x;点C表示外加载荷F的作用点,在外加载荷F的作用下移动到C′. 以AB所在直线为x轴,经过点A且垂直于AB的直线为u轴,建立直角坐标系. 简化的图示见图2,其中AB=l,CB=b,AC=a.根据假设(a)~(c)以及符号约定,将工程问题复述为数学问题.(i)在弹性几何线段AB上,线段的线密度为ρ,点A、点B在纵向钢丝拉拔力T的作用下,在外加载荷F撤去后,线段AB开始振动.(ii)点A、点B在纵向钢丝拉拔力T作用下,并在横向外加载荷F的作用下,简化为固定端.(iii)在外加载荷F的作用下,线段AB的位移为φ(x),保持静止状态.根据(i),线段AB上的任意一点x上,在t时刻以后,根据弦振动方程[1]可得(1)式(1)即著名的波动方程,详细推导可见文[2].根据(ii),点A、点B在t时刻为固定端,可得u|x=0=0,u|x=l=0 (t>0).(2)根据(iii),在t=0时刻,线段AB上的任意一点x,可得式(3)式(1)~式(3)即钢丝振动的规律,其中式(2)称为边界条件,其中式(3)称为初始条件.联立式(1)~式(3)可得如下方程组:(4)式(4)可采用分离变量法计算,但运算稍微复杂. 本文根据数学物理方程中的特征函数系,设(5)其中n表示正整数,Cn、Dn表示待定系数,由边界条件确定.式(5)已经满足式(2),两个待定系数式(3)确定,根据Fourier级数可得(6)将式(6)代入式(5)可得(7)根据物理学[3],振动频率f(8)化简式(8)(9)式(9)再次证明了文[2]中的结果.应该指出,本文的研究对象是钢丝,而文[2]的研究对象是钢丝绳.根据图2,可以将φ(x)显式表达,即(10)采用Maple程序计算,结果如下:(11)根据钢丝振动的基本情况,n=1振动是最重要的,由l-a=b得图3 计算机仿真结果(12)根据工程实际可假设软件仿真结果见图3.4 物理模型修正在第3节已说明钢丝振动的基本规律,但是未能分析外加载荷F对于钢丝的影响,因此对模型进行修正. 如图2所示,在弹性几何线段AB上,作用在点C的外加载荷F实际上是由质量为m的物块施加. 在物块的作用下,在外加载荷F的作用下移动到C′.根据假设(a)~(c)以及符号约定,将工程问题再次复述为数学问题.(I)根据功能原理,物块m对钢丝做功,使钢丝获得弹性势能.(II)拉拔过程中钢丝匀速,钢丝受力系统合外力矩为零[4].钢丝增加的弹性势能由式(13)决定.(13)其中k表示钢丝的倔强系数,Δx表示钢丝在施加外加载荷的长度改变量.物块损失的势能Ep,load=Fh=mgh,(14)几何参数根据图2可知(15)根据(d)可假设a>>h,b>>h,根据Taylor公式[5]可简化式(15)(16)其中o(h2)表示h2的高阶无穷小.材料力学[4]倔强系数k由式(17)定义(17)其中E表示钢丝弹性模量,l表示图1中钢丝AB间距离,S表示钢丝横截面积.根据(II)的钢丝系统合外力矩为零,即无转动,从而忽略转动惯量的影响;根据(I),联立式(13)、式(14)、式(16)、式(17)可得(18)根据实际h≠0化简可得(19)代入式(11)可得(20)其中其他参数含义见符号约定.5 模型解释根据式(20)可知,钢丝的振动可以理解为在外加载荷F下,钢丝横向静止. 而撤掉外加载荷F后,钢丝振动.式(20)从基本原理上说明钢丝振动的规律.考虑工程应用,需要对影响因素排序.式(20)清楚显示了各个因素的重要程度,第一位是l的大小,接下来是外加载荷的放置位置a,它影响振动的最大振幅. 然后是外加载荷F和钢丝的横截面积A.以上4个因素是外在因素,属于工况条件. 由于弹性模量等属于材料常数,常量不予考虑.钢丝的拉拔力T、钢丝线密度ρ属于钢丝振动问题的内因.此外,还可以发现AB的长度l是联结内因和外因的桥梁.6 结语根据模型解释,工艺还有以下几方面可以改进:如何选择外加载荷,即在什么数值可以认为在作用下钢丝横向静止,需要试验确定;外加载荷放置位置a,以减小振动为目的,可用仿真结果确定. 假设(c)中忽略润滑和摩擦的作用,工程应用不可以完全忽略,根据工程模型的通用做法,需要继续研究润滑和摩擦的作用.参考文献:【相关文献】[1] 王元明.数学物理方程与特殊函数[M].3版.北京:高等教育出版社,2004:18-149.[2] 沈志军,于渊博,李亚平.钢丝绳绷紧张力的力学模型[J].金属制品,2018,44(2):7-8.[3] 张三慧,史玉兰.大学物理学(第4册)[M].北京:清华大学出版社,1991:75-79.[4] 苏翼林.材料力学(上册)[M].2版.北京:高等教育出版,1987:5-70.[5] 同济大学数学教研室.高等数学(上册)[M].4版.北京:高等教育出版社,1994:172-178.。
8. 拉拔时钢丝性能变化的一般规律信息来源:金属制品网日期:2013-12-27 点击:32 文字大小:[大][中][小]8.1. 力学性能在显微组织结构相同的前提下,钢丝冷加工强化系数随含碳量增大而增大,是一个大家普遍认知的基本规律。
实际上,氮与碳具有完全相同的特性,往往被人们忽视了,氮对冷加工强化的贡献几乎与等量碳相同。
因此对气体保护焊丝(08Mn2Si)和帘线用钢丝(72A)等,希望从盘条用最少循环道次直接拉拔到成品的钢丝,必须控制钢中氮含量(≤60ppm或≤40ppm)才能保证拉拔顺利进行。
氮含量的增加还会导致钢丝的应变时效脆化效应增强。
显微组织结构对冷加工强化系数有决定性的影响,从表11可以看出,不同组织结构的碳素钢丝中,索氏体钢的冷加工强化系数最大,粒状珠光体钢的冷加工强化系数最低。
广而言之,奥氏体钢的冷加工强化系数最大,铁素体钢的冷加工强化系数最低。
对于同一炉号的钢,只要其组织结构相同,冷加工强化系数一般是衡定的。
表11 不同牌号、不同组织结构钢丝的冷加工强化系数(K)8.2. 工艺性能8.2.1. 成形性能反复弯曲、缠绕和扭转是弹簧成形和服役时必须承受的应力状态,通称为韧性指标,是弹簧钢丝的重要考核指标。
图31显示,反复弯曲次数、缠绕性能和扭转次数是随拉拔减面率的增加而缓慢下降的,但又并非完全如此。
因为这三项指标除受冷加工强化影响外,还受钢的化学成分、纯净度、组织结构的均匀性、气体含量(尤其是[H]含量)、钢丝残余应力的分布状况、以及应变时效脆化效应的影响,而且后者的作用往往远大于前者。
通过调整化学成分和拉拔工艺,钢丝在获得预定抗拉强度的同时,可以得到不同等级的韧性指标。
图32给出了生产Φ2.0mm,抗拉强度160~185kg/mm2级制绳钢丝的几种工艺方案,方案a选用60钢、Φ5.5mm热轧盘条,表面处理后直接拉拔到Φ2.0mm,此时抗拉强度刚达到下限要求,考虑到性能的波动,必须加大投料尺寸,但钢丝断后伸长率已降到很低水平,扭转值已超过最高点并开始下降,显然是不合适的。
第四章 钢丝的拉拔钢帘线的单丝,从Ф5.5mm 的盘条经过干式的粗拉、中拉和湿式的细拉,一直拉到ФO.15~ФO.38mm ,所以钢丝的拉拔是钢帘线生产最基本的工艺。
自1880年制成了“纵列式拉丝机”实现了拉丝生产连续化,到本世纪20年代发明了硬质合金拉丝模以及润滑剂的改善,拉拔工艺日趋成熟,实现了稳定的连续化拉丝生产。
近一、二十年,国内外拉丝技术又有很大发展。
出线速度已高达25M /s 和30M /s 。
随着微机技术的普及应用,拉丝机的自动化水平大为提高,例如KOCH 公司的直线式拉丝机配备的电脑专家系统中,可储存100套拉丝工艺参数,随时可以调用,实现了监控,故障诊断,在线调整一体化。
由于线材的质量和性能不断提高,可将Ф5.5线材一次拉拔为Ф1.3mm 的半成品钢丝,总压缩率达94.41%,并可减少一次热处理。
另外在拉丝模和润滑剂方面也相应地有了很大发展。
第一节 钢丝拉拔基本原理钢丝拉拔理论是金属压力加工原理的一部分,拉拔的目的是将粗截面的线材通过模孔拉制成所需形状和尺寸的钢丝,同时要满足标准规定的性能和质量的要求,尤其是力学性能的要求。
众所周知,金属所以能够进行拉拔是因为各种金属都具有不同程度的塑性。
所谓塑性即金属在外力作用下,产生永久变形而不破裂的能力。
由于金属的组织和化学成分的不同,金属能够承受的拉拔变形程度也不尽相同。
拉拔理论研究不同组织和成分的金属,在拉拔中产生变形和应力分布的特点,拉拔过程中不均匀变形产生的原因和残余应力造成的后果,拉拔后金属组织和性能的变化规律,拉拔力和抗拔功率的计算方法并分析其影响因素,从而利用金属塑性,正确拟定拉拔工艺,合理使用拉丝设备,改革旧的工 艺制度,提高产品质量,降低成本,提高生产率。
限于篇幅,本章只能对上述有关内容作一些简单的阐述。
应力一、金属的塑性变形 σ1.金属的变形和断裂金属在外力作用下,随着应力的增加,可先后发生弹性变形、塑性变形,直至断裂。
图4—1所示为低碳钢在拉伸试验时的应力一应变曲线。
在应力(σ)低于弹性极限(σe )时,钢所发生的变形为弹性变形,其特点是外力去除后,其变形可以完全恢复,并且,应力 .45.应变ε4—1低碳钢在拉伸试验时的应力一应变曲线.45.(σ)与应变(ε)成比例:σ=E·ε,其中比例常数E称为“弹性模量”,它反应金属对弹性变形的抗力,代表材料的“刚度”。
弹性变形的实质是在应力的作用下,金属内部的晶格发生了弹性的伸长和歪扭,但未超过其原子之间的结合力。
当应力大于弹性极限时,钢不但发生弹性变形,而且还发生塑性变形,即在外力去除后,其变形不能得到完全恢复,存在残留变形或永久变形。
不能恢复的变形称为塑性变形,通常用屈服极限(σs)表示金属对开始发生微量塑性变形的抗力,而塑性则是指金属能够发生塑性变形的量或能力,用伸长率(δ%)或断面收缩率(ψ%)表示。
塑性变形的实质是金属内部的晶粒发生了压扁或拉长的不可恢复的变形。
随着应力的增加,钢的塑性变形逐渐增大,应力达到强度极限(σb)后,试样将开始发生不均匀的塑性变形,产生缩颈,变形量迅速增大到K点而发生断裂。
故强度极限是表示金属对产生不均匀塑性变形的抗力。
断裂通常分为两种,有明显塑性变形而发生的断裂,称为“塑性断裂”,其内部的晶粒都拉长成为细条状,故这种断裂的断口呈纤维状,灰暗无光;另一种断裂通常发生在一些脆性材料中,断裂前并未经过明显的塑性变形,其断口常具有闪烁的光辉,这种断裂称为“脆性断裂”。
2.金属单晶体的塑性变形金属一般都是由无数单个晶粒构成的多晶体。
金属单晶体的塑性变形主要有“滑移”、“双晶”两种形式,在大多数情况下是以滑移方式进行的。
所谓滑移即晶体的一部分相对于另一部分沿一定晶面发生相对的滑动。
如图4--2所示,当一单晶体试样受到拉伸时,外力(P)将在晶内一定的晶面上分解为两种应力,一种是平行于该晶面的切应力(τ),一种是垂直于该晶面的正应力(σ)。
正应力只能引起晶格的弹性伸长,或进一步把晶体拉断;而切应力则可使晶格在发生弹性歪扭之后,进一步造成滑移。
通过大量晶面的滑移,最终便使试样被拉长变细。
.46.对于滑移变形的要点可以概括如下:第一,滑移只能在切应力的作用下发生。
第二,滑移常沿晶体中原子密度最大的晶面(称为“滑移面”)和晶向(称为“滑移方向”) 发生。
第三,滑移时晶体的一部分相对于另一部分沿滑移方向位移的距离为原子间距的整数倍。
第四,滑移的同时必然伴随有晶体的转动。
如图4—2(a)所示,切应力使晶体产生滑移,而正应力组成一力偶,使晶体在滑移的同时向外力方向发生转动。
最后要强调的是,滑移不是晶体的一部分相对于另一部分的刚性滑移。
近数十年来的理论研究证明,滑移是由于滑移面上的位错运动而造成的。
如图4—3所示即为一刃型位错在切应力的作用下在滑移面上的运动过程,通过一根位错线从滑移面的一侧到另一侧的运动便造成一个原子间距的滑移。
所以,晶体的滑移在微观上是原子位错运动的结果,而最终表现在宏观上则产生塑性变形。
塑性变形的另一形式是双晶,又称孪晶、孪生。
只有当晶体不易进行滑移时,在切应力作用下则以孪生方式进行塑性变形,即晶体的一部分以一定的晶面(挛晶面)为对称面,与晶体的另一部分发生了均匀切变,结果使晶体变形部分与未变形部分构成镜面对称的位向关系,如图4—4所示。
3.多晶体的塑性变形实际使用的金属材料几乎都是多晶体,由许多单晶体集合而成。
构成多晶体的这些单晶体就是晶粒。
在多晶体进行塑性变形时,每 4—4晶体的孪生示意图个晶粒的基本变形方式与单晶体的塑性变形基本相同,也主要是以滑移和双晶的方式进行的。
多晶体的塑性变形可视为许多晶粒变形过程的综合结果。
但是由于在多晶体中各个晶粒的晶格位向不同,而且有大量晶界存在,使得各个晶粒的塑性变形彼此受到阻碍与制约,所以多晶体的塑性变形比单晶体的情况要复杂得多。
第一,各个晶粒的位向不同,将使各个晶粒的变形有先有后,并且在变形时有的互相配合,.47.有的彼此干扰。
当多晶体中某些晶粒的位向有利于滑移时,将首先发生滑移变形。
但因已变形晶粒周围的晶粒尚处于弹性变形阶段,对已变形的晶粒起着阻碍变形的作用,使那些位向有利的晶粒或晶面滑移进行到一定程度后自行停止。
同时,当某些晶粒变形至一定程度时,由于对未变形晶粒造成足够大的应力集中,使原来处于不利位向的晶粒也产生滑移。
致使应力重新分布。
也就是说,随着外力的增加,晶粒将一批一批地逐次进行滑移,而不是一齐滑移。
各晶粒间的不均匀变形,将使晶粒间存在不均匀的应力,而不均匀应力又将造成不均匀变形。
第二、多晶体的塑性变形抗力要比同类金属的单晶体高得多,这是由于多晶体存在着晶界和晶粒的位向差别造成的。
晶界实际上是由许多位错、空位、夹杂堆积而成的,晶界上原子排列是很不规律的,它是相邻晶粒的原子排列的过渡层。
滑移变形时位错移动到晶界附近便会受到严重阻碍而停止前进,因而使位错在晶界前堆积起来,若要位错穿过晶界则需要更大的外力。
相邻晶粒的位向差愈大,晶界处原子排列愈紊乱,滑移抗力就愈大。
多晶体的晶粒愈细,其晶界的面积和不同方位的晶粒数目就愈多,因而塑性变形的抗力也愈大。
细晶粒金属不仅强度高,而且塑性、韧性也好。
这是因为晶粒愈细,在一定体积内的晶粒数目也愈大,故在同样变形量下同时参与变形的晶粒数目也愈多,而且每个晶粒内部变形也较均匀,不致产生过分的应力集中现象。
同时,晶粒愈细晶界就愈多愈曲折愈不利于裂纹的传递,从而在断裂前可以承受较大的塑性变形,即表现出较高的塑性和韧性。
因此,生产上通常总是设法使金属获得细晶粒。
、4.塑性变形对金属组织和性能的影响经过塑性变形,可使金属组织和性能发生一系列重大变化,这些变化大致可分为四个方面:第一,晶粒沿变形方向拉长,性能处于各向异性。
在外力的作用下,随着金属外形的变化,其内部晶粒的形状也会发生相应的变化,即随着金属外形的压扁或拉长,其内部晶粒的形状也会被压扁或拉长,一般大致与金属外形的改变成比例。
当形变量很大时,各晶粒将会被拉长成为细条状或纤维状,晶界变得模糊不清。
此时,金属的性能也将会具有明显的方向性,如纵向的强度和塑性远大于横向等。
这种组织通常称为“纤维组织”。
第二,晶粒破碎,位错密度增加,产生加工硬化。
随着变形的发生,不仅晶粒的外形会发生变化,而且晶粒内部的亚结构也会发生显著的变化。
在未变形的晶粒内部经常存在大量的位错,在形变量不大时,先是在变形晶粒的晶界附近出现位借的堆积,随着形变量的增大,由于位错与位错相遇,首先便会出现位错的缠结现象,继而随着变形的进一步发展,便会使各晶粒破碎成为细碎的亚晶粒。
形变量愈大,晶粒的细碎程度便愈大,亚晶界的量便愈多,位错密度便显著增大;同时,细碎的亚晶粒也随着晶粒的拉长而被拉长。
因此,随着形变量的增大,由于晶粒破碎和位错密度增加,金属的塑形变形抗力将迅速增大,即硬度和强度显著上升,塑性和韧性下降,产生所谓“加工硬化”现象。
金属的加工硬化会给金属的进一步加工带来困难。
例如盘条经过粗拉后,一般要经过热处理消除其加工硬化现象,恢复其进一步塑性变形的能力,然后进行中丝拉拔。
加工硬化现象虽然会给金属的进一步加工造成困难,但它却是工业上用以提高金属强度、硬度和耐磨性的重要手段之一。
例如钢帘线的单丝是热处理后的钢丝经过约95%的形变量之后,强度由1200MPa左右上升到2600一3000MPa而保持必要的韧性,方能满足最终产品的要求。
.48.第三,织构现象的产生。
在塑性变形过程中由于晶粒的转动,随着变形程度的增加,各晶粒的取向将大致趋于一致,这种由于变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织叫做变形织构。
一般情况下,当金属冷变形量达到10一2O%时,择优取向便达到了可以觉察的程度;当达到80—90%时,多晶体呈现明显的各向异性。
这在大多数情况下都是不利的,但某些场合可以被利用,如用来提高硅钢片的某一方向的导磁率。
第四,残余内应力。
经冷塑性变形的金属,放置一段时间后,可能会自动发生变形。
这是由于变形金属内部存在着内应力而造成的。
经过塑性变形,外力对金属所作的功,约90%以上在使金属变形的过程中变成了热,使金属温度升高(后面将叙述钢丝拉拔时的发热及其危害);而小于10%的功则转化为内应力残留于金属中,使金属内能增加。
所谓内应力即平衡于金属内部的应力,它主要是由于金属在外力作用下所产生的内部不均匀而引起的。
内应力一般分为三类:第一类内应力(宏观内应力),如金属表层与心部变形量不同会形成平衡于表层与心部之间的内应力;第二类内应力(微观内应力),由于晶粒或亚晶粒间的变形不均匀而造成的在晶粒或亚晶粒之间保持平衡的内应力,或称晶间应力;第三类内应力(晶格畸变内应力),因位错等晶格缺陷的产生而引起其附近的晶格畸变,这种晶格畸变所产生的内应力只在几百个、几千个原子范围内维持平衡。