轧制变形与工艺基础讲述.doc

第一节 轧制变形基本原理 1、金属的塑性变形与弹性变形 1.1 影响金属热塑性变形的主要因素 影响金属热塑性变形的因素，有金属本身内部因素和加热等外部条件。 钢中存在碳及其他合金元素，使钢的高温组织，除有奥氏体外，还有其他过剩相。这些过剩相降低钢的塑性。钢中的杂质也是影响金属热塑性变形的内在因素，钢中的硫能使钢产生热脆。 2）影响热轧时塑性变形的外部条件有加热介质和加热工艺，对碳钢而言，当变形条件相同时，变形金属的化学成分及组织结构不同，温度对塑性的影响也不同，如图1-2-1。图中I、II、III、IV表示塑性降低区域（凹谷）；1、2、3表示塑性增高区域（凸峰）。I区中钢的塑性很低；II区（200-400℃）——“蓝脆”区中，钢的强度高而塑性低；III区（850-950℃）——相变温度区又称“热脆”区，钢通常一个相塑性好，另一个相塑性较差；IV区接近于钢的熔化温度，钢在该区加热时易发生过热或过烧，这时钢塑性最低。所以，碳素钢热加工时的最有利的温度范围是1000-1250℃。对合金钢而言，加热介质尤为重要。镍含量达2-3%以上的合金钢，在含硫气氛中加热时，硫会扩散到金属中，并在晶界上形成低熔点的Ni3S2化合物，因而降低了金属的塑性。含铜超过0.6%的钢，有时甚至是含铜0.2-0.3%的钢，如在强氧化气氛中较长时间的高温加热时，由于选择性氧化的结果，在钢的表面氧化铁皮下会富集一薄层熔点低于1100℃的富铜合金，这层合金在1100℃时熔化并侵蚀钢的表面层，使钢在热轧加工时开裂。 3）热轧温度选择不合适，也会给金属带来不良的影响。当终轧温度过高时，往往会造成金属的晶粒粗大；若终轧温度过低时，又会造成晶粒沿加工方向伸长的组织，并有一定的加工硬化。在这两种情况下，金属的性能都会变坏。所以，合理控制金属的热轧温度范围，对获得所需要的金属组织和性能，具有重要意义。 1.2 金属的弹性变形 金属晶格在受力时发生歪扭或拉长，当外力未超过原子之间的结合力时，去掉外力之后晶格便会由变形的状态恢复到原始状态，也就是说未超过金属本身弹性极限的变形叫金属的弹性变形。多晶体发生弹性变形时，各个晶粒的受力状态是不均匀的。 2、轧制过程 2.1 轧制过程基本概念 轧制过程是轧件由摩擦力拉进旋转轧辊之间，受到压缩进行弹性变形的过程，通过轧制使金属具有一定的尺寸、形状和性能。 2.2 咬入条件 轧制过程的咬入条件为摩擦角β大于咬入角α。 如图1-2-2所示，轧制时轧件与轧辊表面接触的弧线叫咬入弧。咬入弧所对的圆心角称作咬入角。咬入角由压下量决定。在实际生产中不同条件下允许的最大咬入角不同，咬入角的大小与轧辊表面状态、轧制温度以及轧辊转速等因素有关，即与轧辊、轧件间的摩擦系数有关。当咬入角大于允许的最大咬入角时，轧件不能咬入。当咬入角小于或等于允许最大咬入角时轧件才能咬入。当轧件线速度为1.5-2.5m/s时，其允许的最大咬入角为15o-24o。 1）轧件咬入与摩擦力的关系 当轧件与轧辊接触时，轧件以力P作用在轧辊上，而每个轧辊以大小相等，方向相反的力P作用于金属上。同时，由于轧件与轧辊运动时相互接触，所以在轧件与轧辊之间产生摩擦力F。F在水平方向有一分力Fx，靠水平分力Fx将轧件拉入轧辊（如图1-2-3）,称Fx为拉入力。轧辊对轧件的压力P的水平分力为Px，其方向与Fx相反，阻碍轧件进入轧辊，称Px为推入力。当拉入力Fx等于或小于推出力Px时，即Fx≤Px时，轧件不能进入轧辊。只有在拉入力Fx大于推出力Px的条件下，轧件才能被拉入轧辊，实现正常咬入。由上可知，轧件与轧辊的接触摩擦力的大小决定了轧件能否咬入轧辊。 摩擦系数f为： 式中 β——轧辊与轧件的摩擦角。 上式两式说明，只有当轧辊与轧件之间的摩擦系数大于摩擦角的正切值，或摩擦角大于咬入角（β＞α）时，轧件才能被轧辊咬入。 2）咬入角的计算计算公式： 式中 α——咬入角； Δh——压下量，mm； D——轧辊工作直径，mm。 也可用近似公式计算： 式中 R——轧辊工作半径，mm。 2）摩擦角的计算 f=tanβ 式中 β——摩擦角； f——摩擦系数，，式中：F为摩擦力,N；P为正压力,N。 摩擦系数的大小与轧制温度、轧辊材质和轧辊表面状态等因素有关。轧钢生产中的摩擦系数一般根据下面的经验公式计算： 对钢轧辊：f=1.05-0.0005t轧-0.056ν 对铁轧辊：f=0.94-0.0005t轧-0.056ν 式中 f——摩擦系数； t轧——轧制温度，℃； ν——轧制速度，m/s。 计算出摩擦系数后，查三角函数表便可求得摩擦角。 2.3 改善咬入条件的措施 咬入角和摩擦系数是影响轧辊咬入轧件的两个因素。当摩擦系数一定时，为了使轧件易于咬入，必须减少咬入角。减少咬入角的方