塑性加工學(xué) (擠壓)課件

1、前言一、塑性加工學(xué) 塑性加工學(xué)所研究的是指利用金屬塑性，通過塑性變形不僅改變金屬的形狀、尺寸，而且改變其組織和性能的過程。二、金屬塑性加工的主要產(chǎn)品及加工方法 主要產(chǎn)品：管、棒、型、線、板、帶、條、箔 主要生產(chǎn)方法：擠壓、拉伸、軋制、鍛造、沖壓 管棒型線板帶條箔生產(chǎn)方法： 擠壓：管棒型 擠壓拉伸：管棒型線 擠壓冷軋拉伸：管材 水封擠壓高速三輥軋機(jī)盤拉 孔型軋制拉伸：管棒型線 行星軋制二聯(lián)拉盤拉 斜軋穿孔拉伸：管材（空心錠） 上引 （冷軋、連續(xù)擠壓） 拉伸：管棒線 連鑄連軋拉伸：管棒線板帶 連鑄連拉：棒線 焊管法：管材 鑄坯拉伸：管棒型線 平輥軋制：熱軋冷軋、鑄軋冷軋：板帶條箔 第一章 擠 壓

2、第一節(jié)擠壓的基本方法一、正向擠壓1、擠壓軸的運(yùn)動(dòng)方向與金屬的流出方向一致。2、特點(diǎn)：擠壓筒不動(dòng)，錠在軸推動(dòng)下向前移動(dòng)，錠與筒接觸面產(chǎn)生很大的摩擦力（擠壓力的3040%）。 金屬流動(dòng)不均勻，變形也不均勻； 金屬制品的組織、性能不均； 擠壓力較大，比反擠壓大30-40； 金屬縮尾廢料多，占錠10-15。3、優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便； 制品表面質(zhì)量好（死區(qū)）； 制品外形尺寸變化靈活，不受擠壓軸直徑的影響。二、 反向擠壓法 1、擠壓時(shí)，金屬流出方向與軸運(yùn)動(dòng)方向相反。 2、特點(diǎn)：由于筒運(yùn)動(dòng)，所以筒與金屬無摩擦，則： 金屬流動(dòng)較均勻，變形也較均勻 所需擠壓力小，擠壓速度快 制品的組織性能均勻，殘余廢料少。

3、 3、缺點(diǎn)： 空心軸受強(qiáng)度限制，擠壓制品尺寸受環(huán)境限制 制品表面欠佳 設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜需采用長(zhǎng)行程的擠壓筒，擠壓周期較長(zhǎng)。三、 擠壓法的優(yōu)缺點(diǎn)：1、優(yōu)點(diǎn)： 具有最佳的應(yīng)力狀態(tài)和變形狀態(tài),能充分發(fā)揮金屬的塑性，有些熱塑性低的金屬如QSn6.5-0.1、HPb63-3只有擠壓才能生產(chǎn)； 生產(chǎn)靈活性大，用一臺(tái)設(shè)備可生產(chǎn)多品種管棒型線坯，而且可以生產(chǎn)斷面變化形狀復(fù)雜的型材和管材，如階段變斷面型材、帶異型筋條的壁板型材、空心型材等； 擠壓制品尺寸精確，表面質(zhì)量好并可直接出成品； 生產(chǎn)過程易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和機(jī)械化； 能最大限度滿足冷加工提出的各種坯料尺寸要求,大大的簡(jiǎn)化了冷加工生產(chǎn)流程，提高了生產(chǎn)效率。 2、缺點(diǎn)

4、： 金屬頭尾廢料大：主要是壓余和縮尾，從而降低了成品率，提高了生產(chǎn)成本； 生產(chǎn)效率比較低：擠速慢，輔助時(shí)間長(zhǎng)； 制品組織性能不均勻； 工模具消耗大。 從以上分析可知：擠壓法適用于品種多、批量小、表面質(zhì)量尺寸精度要求高的金屬加工，尤其是對(duì)一些熱塑性差的金屬，擠壓是唯一可以生產(chǎn)加工的方法 。第二節(jié)擠壓時(shí)金屬變形規(guī)律 擠壓分三個(gè)階段 1、填充擠壓階段（開始擠壓階段） 2、平流擠壓階段（穩(wěn)定擠壓階段、基本擠壓階段） 3、紊流擠壓階段（終了擠壓階段）一、開始擠壓階段 為了使金屬順利進(jìn)入擠壓筒，錠與筒間存在一個(gè)間隙D=DoDp。 1、應(yīng)力狀態(tài)：二拉一壓（鐓粗） 2、D的選擇： 一般的有：Do100，D=2

5、3， Do=100200，D=46， Do=200300，D=710， Do=300500 ，D=1015； 在生產(chǎn)中不希望D太大。 因?yàn)椋?D越大，填充變形量越大，表面應(yīng)力狀態(tài)為一向壓，兩向拉。塑性低的金屬表面易產(chǎn)生裂紋。 D增大而錠長(zhǎng)與錠徑比值超過了34時(shí)，在填充時(shí)會(huì)出現(xiàn)鼓形（單鼓或雙鼓），這樣在?？赘浇仔纬煞忾]空間，其中空氣在高溫高壓下會(huì)產(chǎn)生10000大氣壓，空氣將進(jìn)入錠表面形成氣泡或起皮缺陷。 填充量大，進(jìn)入?？字械慕饘僭龆?，出?？捉饘倭看?；使擠管時(shí)料頭長(zhǎng)，增加了頭部廢料，成品率低。 但對(duì)有些要求橫向性能的某些鋁合金如LY12、LC4則希望有較大的填充變形量，要求鐓粗量為2530%

6、。二、基本擠壓階段（平流擠壓階段） 一般以擠壓棒材為例說明 特點(diǎn)：金屬流動(dòng)接近于平流，擠壓力隨錠長(zhǎng)減少而減少。1、擠壓時(shí)的應(yīng)力及應(yīng)變狀態(tài) 應(yīng)力及應(yīng)變狀態(tài) 受力情況 應(yīng)力狀態(tài)與變形狀態(tài)： 應(yīng)力狀態(tài)：l壓，r壓 ，壓 ， =r（軸對(duì)稱） 變形狀態(tài)：l延伸，r壓縮 ，壓縮 應(yīng)力在變形區(qū)內(nèi)的分布： 變形區(qū)壓縮錐（區(qū)）：|r| |l| 擠壓筒（區(qū)）：|l| |r| 2、基本擠壓階段金屬流動(dòng)分析 圖示是在理想條件下，用錐模擠壓時(shí)的坐標(biāo)網(wǎng)格變化圖形 網(wǎng)格縱向變化 原為平行的縱直線變形后仍為平行縱直線說明為平流（無交錯(cuò)運(yùn)動(dòng)）； 在進(jìn)出變形區(qū)壓縮錐時(shí)發(fā)生兩次方向相反的彎曲。其彎曲程度由中心向邊層逐漸加大，說明外

7、層金屬變形大于內(nèi)層金屬。 中心層網(wǎng)格變?yōu)榻凭匦?，而外層變?yōu)槠叫兴倪呅危医嵌葟闹行牡酵鈱釉絹碓叫?，說明外層金屬除有延伸變形、壓縮變形外還有剪切變形，且此變形是從中心到外層越來越大，這說明變形的不均勻性，即邊層變形大而中心變形小。 橫向網(wǎng)格變化 原為平行的橫線變形后變?yōu)橹行耐怀龅那€，且越靠近?？?，彎曲程度越大，說明金屬的流動(dòng)是不均勻的，中心流動(dòng)比邊部快；中心質(zhì)點(diǎn)的金屬運(yùn)動(dòng)速度大于外層，且越靠近?？姿俨钤酱?。對(duì)銅合金：外層金屬為擠速的00.25倍，中心層金屬為擠速的1.352.1倍。由于斷面上流速不同則產(chǎn)生附加應(yīng)力。 棒材上的彎曲橫線頂部間距不等，由前端向后端增加，說明延伸變形后端大于前端。

8、制品前端橫線彎曲很小說明前端金屬變形很小，甚至還為鑄造組織，所以在生產(chǎn)中前端一段要切除，若為拉伸坯料則為碾頭用。. 綜上所述： 金屬流動(dòng)：中心邊部，這是產(chǎn)生附加應(yīng)力的原因 金屬變形：邊部中心，后端前端，這是造成制品組織性能不均勻的原因3、幾個(gè)特殊變形區(qū) 前端難變形區(qū)（死區(qū)，前端彈性區(qū)）： 在基本擠壓階段死區(qū)金屬一般不產(chǎn)生塑變，也不參與流動(dòng)。 死區(qū)形成原因 a.此區(qū)阻力大，沿adc曲面比abc曲面所消耗的能量小 b.此區(qū)因冷卻溫度低，金屬不易流動(dòng) 死區(qū)的作用：死區(qū)大可阻礙金屬表面氧化物流到制品表面上,對(duì)產(chǎn)品表面質(zhì)量有好處。 影響死區(qū)大小的原因 a.模角：，死區(qū) b.摩擦應(yīng)力：，死區(qū) c.變形程度

9、：,max(金屬流動(dòng)平錐角) ，死區(qū)（因?yàn)?，P，摩擦阻力和金屬抗力不足以抵抗 P 而使死區(qū)參與流動(dòng)） d.擠壓溫度 T，受工具冷卻作用的部分金屬變形抗力較高而難于流動(dòng)，死區(qū)；擠壓速度 Vi，流動(dòng)金屬對(duì)死區(qū)的“沖刷”越厲害，死區(qū) e.金屬強(qiáng)度,死區(qū)；?？孜恢迷娇拷鼣D壓筒壁，死區(qū) 后端難變形區(qū) 形成原因：是由于墊片和金屬間的摩擦力作用和冷卻的結(jié)果。 隨著擠壓過程進(jìn)行，金屬體積越來越小，此區(qū)受到橫向流動(dòng)和回流金屬的壓力也會(huì)參加流動(dòng)。 作用：阻止錠表面的金屬氧化物過早流入制品內(nèi)部形成擠壓縮尾。 劇烈滑移區(qū) 在死區(qū)和塑性流動(dòng)區(qū)交界處形成劇烈滑移區(qū)，其特征是變形特別激烈，在低倍組織下可觀察到明顯的金屬流線

10、和很大程度的晶粒破碎。 此區(qū)大小與金屬流動(dòng)性有關(guān)，流動(dòng)越不均勻，此區(qū)越大，一般在擠壓后期此區(qū)不斷擴(kuò)大。 此區(qū)對(duì)某些合金組織性能有一定的影響如：LY12、LC4會(huì)出現(xiàn)淬火粗晶環(huán)，對(duì)鋁青銅由于晶粒破碎嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致表面硬度超高。對(duì)一些熱塑性差的金屬易產(chǎn)生皮下縮尾。三、擠壓終了階段（紊流擠壓階段） 是指在筒內(nèi)的錠長(zhǎng)減小到接近變形區(qū)壓縮錐高度時(shí)金屬流動(dòng)的階段。 其特點(diǎn)是金屬由周邊向中心發(fā)生劇烈的橫向流動(dòng)，外層金屬沿?cái)D壓墊片從周邊向中心做回轉(zhuǎn)交錯(cuò)的紊流,從而形成擠壓縮尾，擠壓力上升。1、擠壓縮尾是擠壓中的特有缺陷 中心縮尾 形成原因：由于橫向流動(dòng)加劇，金屬硬化速度加快，摩擦力即dt，破壞了與dd的平衡，促使

11、外層金屬向中心流動(dòng)，沿后端難變形區(qū)界面流入中心而形成。變形區(qū)內(nèi)金屬供應(yīng)不足，促使周邊層金屬沿墊片回流到制品中。 環(huán)形縮尾 形成原因：與中心縮尾一致，只是表面層金屬?zèng)]有流到制品中心，而流到制品某部位。 皮下縮尾 形狀與分布：有圓形、半圓形、間斷半圓形。 形成原因：在擠壓熱塑性差且潤(rùn)滑條件好的合金時(shí)如QSn6.5-0.1棒，由于擠壓后期易使塑性變形區(qū)與死區(qū)界面劇烈滑移，存在很大剪切變形而斷裂，則錠表面層氧化物沿?cái)嗔衙媪魅胫破?，同時(shí)死區(qū)金屬也流出模孔，包覆在金屬表面上而形成皮下縮尾。 管材縮尾很小主要是金屬流動(dòng)較均勻。2、減少縮尾的措施： 留一定壓余 型棒：20-40mm，管：15-25mm； 脫皮

12、擠壓（D=2-4mm）； 預(yù)熱擠壓筒使金屬流動(dòng)均勻； 擠壓后期擠壓速度減慢從而減少橫向流動(dòng)； 墊片端面刻槽增大dd，在生產(chǎn)中墊片端面嚴(yán)禁涂油。四、影響金屬流動(dòng)不均的因素1、摩擦與潤(rùn)滑 摩擦，金屬流動(dòng)不均；潤(rùn)滑，金屬流動(dòng)不均。 摩擦對(duì)金屬流動(dòng)有利一面： 擠管：穿孔針與管坯間摩擦、冷卻，使金屬流動(dòng)不均。 型材：工作帶長(zhǎng)度不同，摩擦力不同，調(diào)整各部分金屬流動(dòng)。2、金屬本身性能 導(dǎo)熱性： 金屬導(dǎo)熱性能越好，內(nèi)外溫差小，流動(dòng)不均越小。 潤(rùn)滑劑導(dǎo)熱性差即絕熱性好，則錠溫差小，金屬流動(dòng)不均越小。 玻璃潤(rùn)滑劑導(dǎo)熱系數(shù)小，為0.631.26W/cm2k。 相變：有相變的合金，由于相變使變化而影響金屬流動(dòng)的均勻性

13、。 如：HPb59-1在720以上為相，其= 0.15，在720以下為（+）相，= 0.24，顯然在720以上流動(dòng)均勻。 金屬強(qiáng)度：b高比b低流動(dòng)均勻些。 因?yàn)閎，摩擦力對(duì)錠斷面影響差值小，且變形摩擦產(chǎn)生熱量大，使錠外層溫升快，從而使內(nèi)外層溫差小。 摩擦系數(shù)：一般來說，T，金屬粘結(jié)工具現(xiàn)象，使摩擦力，不均 。 但對(duì)紫銅，在700900之間由于表面氧化皮，起到自潤(rùn)滑作用，摩擦力，對(duì)流動(dòng)有好處。3、工藝參數(shù)的影響 擠壓溫度 T，金屬粘結(jié)工具現(xiàn)象，使摩擦力 f,不均 。 T，錠內(nèi)外溫差 ，不均（擠壓機(jī)能力允許,擠壓溫度取下限） 。 擠壓速度 Vi ，變形熱效應(yīng)， T，不均 。 變形程度 變形程度，變

14、形熱效應(yīng)， T，不均 。 變形程度 剪切變形滲透的金屬中心，不均 。 如果擠壓直接出成品，一般90%，即10。4、工具形狀的影響 模子的影響 模角：錐模比平模流動(dòng)均勻 ?？着帕校憾嗫啄１葐慰啄＞鶆?舌模及擠管流動(dòng)均勻 擠壓筒；筒與制品形狀相似，均勻些。 墊片的影響（凹面）五、擠壓時(shí)金屬流動(dòng)的四大類型（P28） 類：金屬流動(dòng)均勻：是反向擠壓具有的即無摩擦力作用。 類：金屬流動(dòng)較均勻：是潤(rùn)滑正向擠壓高強(qiáng)度合金或冷擠壓情況。變形區(qū)集中在?？赘浇?，中心環(huán)形縮尾很小，屬于這類合金的有：T2、H96、QSn6.5-0.1。 類：金屬流動(dòng)不均勻：變形區(qū)擴(kuò)展較大，但在基本擠壓階段未發(fā)生外層金屬向中心流動(dòng)的情況

15、。在擠壓后期產(chǎn)生不長(zhǎng)的縮尾，如：H68、 HSn70-1、鋁合金等。 類：金屬流動(dòng)最不均勻：在基本擠壓階段金屬就向中心流動(dòng)，縮尾嚴(yán)重如：HPb59-1、H62、 鋁青銅等。第三節(jié) 擠壓力計(jì)算一、確定擠壓力的方法 確定擠壓力的方法主要有有實(shí)測(cè)法和理論計(jì)算法1、擠壓力實(shí)測(cè)： P=NPe/Pb 式中：N擠壓機(jī)的額定擠壓力 MN Pe壓力表指示的單位壓力 Mpa Pb工作液體的額定單位壓力Mpa 這在擠壓速度很低（約1mm/s）的情況下才能正確讀得。2、理論計(jì)算法 皮爾林公式、普羅卓洛夫公式、塞茹爾內(nèi)公式 皮爾林公式： P Rs Tt Tz（Tzh） Td（Tg） 其中: Rs 為實(shí)現(xiàn)塑變所用的力 T

16、t 為克服筒壁上的摩擦力所需的力 Tz 為克服變形區(qū)壓縮錐面上的摩擦力所需的力 Td 為克服?？锥◤綆系哪Σ亮λ璧牧Χ?影響擠壓力的因素 金屬的強(qiáng)度：b，P 變形程度，P 擠壓溫度 T和工模具溫度：T，P，工模具溫度，P 擠壓速度 V擠 或金屬流出速度 V流：V流=V擠。 V 影響復(fù)雜：一方面 V，變形摩擦熱大，錠溫，P，另一方面 V，變形加劇金屬硬化,從而使 P 擠壓模： 模角：實(shí)踐證明當(dāng)= 4560 之間 P 最小，因?yàn)殡S，由于流入?？椎母郊訌澢冃卧黾訌亩脑谧冃螀^(qū)壓縮錐中的變形力 Rs 升高，但克服模子錐面上摩擦力的擠壓力分量 Tz 則因摩擦面逐漸減少而下降，所以二者相加（Rs

17、+Tz）后最小值在= 45 60之間。而生產(chǎn)中常采用的錐模= 6065（考慮制品表面質(zhì)量）。P36 = 90 表面質(zhì)量好，而= 4560表面質(zhì)量差，而= 6065 與= 90 比 P與 4560 相比表面質(zhì)量有所好轉(zhuǎn)，所以取=6065 ?？仔螤睿耗？仔螤钤綇?fù)雜由于增加了附加剪切變形，而使 P ?？仔螤畹膹?fù)雜程度可用周長(zhǎng)與相同面積的圓斷面的周長(zhǎng)之比表示，即： C = ?？讛嗝娴闹荛L(zhǎng)/等斷面圓的周長(zhǎng) = L孔/D 其中：D 等斷面圓直徑， F孔 = D2/4 若 C，則 P 定徑帶長(zhǎng)度： hd ，P 鑄錠長(zhǎng)度：Ld ，P三、皮爾林公式中各參數(shù)的確定： i = Ln 其中： 延伸系數(shù)，=F0/F1

18、ij =Ln ， 其中：F1制品總斷面積 型材平均厚度 =（t1 t2 t3 tn）/n 所以擠壓圓棒時(shí)： = 擠壓?jiǎn)慰讏A棒時(shí)：ij= ln = Ln1 = 0 擠壓多孔圓棒時(shí)：ij = Ln =Ln(m)1/4 St 擠壓筒中金屬塑性剪切應(yīng)力（ K筒） 若是潤(rùn)滑擠壓時(shí)，金屬不黏結(jié)擠壓筒可認(rèn)為內(nèi)外塑性相同： 則：St = Szh0 若無潤(rùn)滑擠壓表層金屬粘結(jié)擠壓筒，則： St = 1.25 Szh0 其中Szh0 變形前金屬塑性剪切力Szh0 0.5 b 而b金屬變形抗力（可查 P38 表32） Szh1在?？滋幗饘偎苄宰冃渭羟袘?yīng)力 Szh1Cy Szh0 式中：Cy硬化系數(shù)，查P40頁表3-4

19、（內(nèi)插法）或P41圖3-12，Cy與、ts（金屬在變形區(qū)壓縮錐內(nèi)的停留時(shí)間）有關(guān) ts Vs / Vm 而 Vs塑性變形體積，Vm金屬秒流量 Vm F1V1=F0Vj 擠棒時(shí)：ts 注意P42頁3-26b式錯(cuò)誤！ 擠型時(shí)：將 D1改為等效直徑代替 即D1 D等 擠管時(shí)：ts P42 頁 3-26b式， 3-27b 式中： 擠壓模半錐角，平模60（P36） D0筒直徑，D1制品外徑，d1制品內(nèi)徑 V1金屬流出速度，Vj 擠壓速度 F1制品斷面積，F(xiàn)0 擠壓筒斷面積 求出和 ts 查 P40 表 3-4 ，或P41圖3-12可查出 Cy 則可求出Szh1 在塑性變形區(qū)壓縮錐中金屬塑性平均剪切應(yīng)力（

20、K錐） 算術(shù)平均值： =（Szh1Szh0）/2= Szh0(1+Cy)/2 幾何平均值： 死區(qū)高度 hs： 當(dāng)模角 60時(shí) hs 0 而模角 60時(shí) hs ft、fzh、fg 的確定： ft擠壓筒內(nèi)摩擦系數(shù) fzh變形區(qū)內(nèi)摩擦系數(shù) fg模子定徑帶處摩擦系數(shù) 潤(rùn)滑擠壓時(shí)： 無潤(rùn)滑擠壓時(shí)： 有軟氧化皮如T2、H96 ： 金屬粘結(jié)工具不嚴(yán)重： 金屬粘結(jié)工具嚴(yán)重時(shí)： （鋁） 其他參數(shù) L0填充后錠長(zhǎng)，c 填充系數(shù) 而 hd?？锥◤綆чL(zhǎng)度 角： 例：(P46)15MN擠壓機(jī)上將150200mm錠坯擠壓成192mm紫銅管。擠壓筒 D0155mm，錐模65o，hg10mm；圓柱式針；擠壓溫度 T=900，

21、擠壓速度 Vj80mm/s。試用皮爾林公式計(jì)算擠壓力。解：a. 確定：= F0/F1 = (1552-152)/(192 -152)=175 b. 確定L0、hs、V1 紫銅可認(rèn)為是潤(rùn)滑擠壓 則： c.確定 ts：ts = 0.3 d. 確定 Cy 及 、St、 Sd 據(jù)表33用內(nèi)插法查Cy： ts： 0.1 0.3 1.0 ： 15 3.4 2.6 175 3.432 3.1 2.632 1000 3.6 2.8 得： 得： 查表32得b= 18Mpa 得： e. 確定ft、fzh、fg 有軟氧化皮 f. 算擠壓力： 將參數(shù)代入公式得：P9MN練習(xí)： 在12MN擠壓機(jī)上用固定針擠343紫銅管

22、，鑄錠為145200mm，溫度為850，擠壓筒直徑為150mm，錐模650，hg 10mm，金屬流出速度V1 500mm/s，用皮爾林公式計(jì)算擠壓力。第四節(jié) 擠壓制品的組織與性能一、 擠壓制品的組織1、組織不均勻性 一般沿橫斷面：中心晶粒大、邊部晶粒小 縱向：前端晶粒大、后端晶粒小 原因：變形不均勻，變形越大，晶粒破碎越嚴(yán)重（剪切變形），晶粒越??； 由于外層、后端溫降大則溫度低，變形抗力大，晶粒破碎大，且不能充分再結(jié)晶造成組織差異大,晶粒細(xì)小。 但在擠壓鋁及軟鋁合金（LF21 、LF2）組織則相反，即：表面晶粒大、后端晶粒大。 原因：因鋁擠溫低（420450），而工模具預(yù)熱溫度（350450）

23、高，相對(duì)工具及周圍介質(zhì)溫差小，逸散慢，加之熱效應(yīng)大，使表溫中溫； 由于表層變形大，T再低，使晶粒長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力提高，表現(xiàn)為晶粒尺寸：表層中心。 在擠壓兩相合金時(shí)，由于在擠壓中溫度的變化，使合金在相變的情況下進(jìn)行塑變，也會(huì)造成組織不均勻。 如：HPb59-1在720以上擠壓時(shí)呈相，在擠壓后溫降至相變溫度時(shí)由相析出均一的相，這種情況較好。但如果在擠壓中溫度低于700，則在擠壓過程中相就析出，且在一向拉伸，兩向壓縮的變形下，被拉長(zhǎng)成條狀組織（帶狀組織）。這種組織在后續(xù)的熱處理過程中不可能消除，則給后續(xù)的冷軋或拉伸帶來困難，由于相在常溫塑性比相低，則這種差值造成金屬流動(dòng)不均勻，而產(chǎn)生附加應(yīng)力，嚴(yán)重時(shí)則產(chǎn)

24、生裂紋。2、擠壓制品的粗大組織粗晶環(huán)： 某些鋁合金如：LD2、LD5 、LD10 、LY12、LY11、LC4等擠壓后或隨后的熱處理過程中其外層出現(xiàn)大的晶粒組織通常稱為粗晶環(huán)。 粗晶環(huán)的形狀與分布：與制品的斷面形狀和模孔排列有關(guān)。 制品斷面的形狀。對(duì)型材：壁厚處粗晶環(huán)較深，距擠壓筒壁近處粗晶環(huán)也較深。 ?？着帕校?jiǎn)文？讜r(shí)為圓環(huán)形，多?？讜r(shí)為月牙形。 粗晶環(huán)造成的后果 制品出現(xiàn)性能不均，即粗晶區(qū)比細(xì)晶區(qū)b低（如LY12低712Kg/mm2）； 粗晶環(huán)區(qū)再深加工則出現(xiàn)裂紋或粗糙表面，所以必須嚴(yán)格控制其深度一般不超過35mm 。 粗晶環(huán)的類型 擠壓粗晶環(huán)：即在擠壓過程中產(chǎn)生的粗晶環(huán) 淬火粗晶環(huán)：即在

25、擠壓為纖維組織，淬火加熱時(shí)出現(xiàn)的粗晶環(huán)； 二次粗晶環(huán)：即由于變形程度大，使制品破碎嚴(yán)重的細(xì)晶粒在淬火加熱時(shí)，以一次再結(jié)晶的晶粒作核，進(jìn)而繼續(xù)長(zhǎng)大的粗晶環(huán)（可屬淬火粗晶環(huán)）。 形成粗晶環(huán)的機(jī)理 擠壓粗晶環(huán)形成機(jī)理：擠壓過程中由于外層金屬變形大，晶粒承受劇烈的剪切變形，其晶粒破碎和晶粒扭曲的程度比內(nèi)部嚴(yán)重的多。從而降低了外層的再結(jié)晶溫度，使晶粒形核以及核子長(zhǎng)大的驅(qū)動(dòng)力提高，擠壓后的冷卻過程中，由于靜態(tài)再結(jié)晶而產(chǎn)生粗晶環(huán)，且溫度越高粗晶環(huán)越厚。 淬火粗晶環(huán)形成機(jī)理： 主要產(chǎn)生于可熱處理強(qiáng)化的鋁合金：如：LD2、LD5 、LD10 、LY12、LY11、LC4等 由于在擠壓過程中其強(qiáng)化相如MnAl6

26、、CrAl7等，在應(yīng)力作用下部分強(qiáng)化相以彌散質(zhì)點(diǎn)狀態(tài)析出并聚集在晶界上，使晶粒形核率和長(zhǎng)大速度都下降，使再結(jié)晶溫度提高，阻礙了晶粒的長(zhǎng)大和聚集，得到部分金屬化合物析出并聚集在晶界上的不完全組織（纖維組織）。淬火前加熱時(shí)一般溫度高，時(shí)間長(zhǎng)，使這些金屬化合物重新溶入固熔體內(nèi)，于是阻礙再結(jié)晶的條件消失，制品表層細(xì)小晶粒區(qū)的晶粒極易長(zhǎng)大聚集成為粗晶環(huán)。 影響粗晶環(huán)的幾個(gè)因素： 合金元素的影響：合金中含有Mn、Cr、Ti、Zr等時(shí)則會(huì)出現(xiàn)粗晶環(huán)。 當(dāng)含有Mn量很少時(shí)或不含錳時(shí)一般不出現(xiàn)；當(dāng)錳為0.20.6%最深；為0.9%可顯著減少粗晶環(huán)；當(dāng)提高到1.03%可減少至1mm以下，為1.2%時(shí)粗晶環(huán)完全消失

27、。 實(shí)際上，合金中增加含錳、鉻等元素的含量，并不能避免粗晶環(huán)的出現(xiàn),只是合金元素含量高時(shí)，可提高T再,如錳含量在0.9%時(shí)可達(dá)520，為1.2%時(shí)T再達(dá)535。 擠壓溫度：一般T，粗晶環(huán)；由于T,變形不均，擴(kuò)散激活能降低，有利于再結(jié)晶過程的進(jìn)行。 也有人認(rèn)為T，粗晶環(huán)，其理論是因?yàn)闇囟壬呔Я４嗷盎冏冃?，故物理變形程度小而使T再升高則不易形成粗晶環(huán)。 變形程度：，T再，粗晶環(huán)深度。 鑄錠均勻化處理溫度和時(shí)間的影響（如下圖）： 可見，均勻化處理溫度越高，時(shí)間越長(zhǎng)，粗晶環(huán)深度越大（d）。（ 第二相的析出與長(zhǎng)大，LY12中MnAl6） 擠壓筒溫度：筒溫不低于錠溫時(shí)，鑄錠內(nèi)外層溫差小，金屬變形較均

28、勻，從而減少了粗晶環(huán)。 根據(jù)上述原因，可根據(jù)不同合金采用相應(yīng)的措施來減少或消除粗晶環(huán)。如：LD2 、LD4等可提高筒溫或降低淬火溫度。LY12可適當(dāng)提高M(jìn)n含量。 總之，減少不均勻變形和控制再結(jié)晶溫度，從而減少粗晶環(huán) 。3、擠壓制品的層狀組織（如QAl10-3-1、 QAl10-4-4、HPb59-1、鋁合金：LD2、LD4) 層狀組織的特征和分布（也稱片狀組織): 斷口像木質(zhì)一樣凹凸不平并帶有一定的裂紋，分層方向與棒材長(zhǎng)度（擠壓）方向平行。 對(duì)性能的影響：對(duì)縱向性能影響不大，但對(duì)橫向機(jī)械性能尤其是對(duì)延伸率、沖擊韌性影響較大，后續(xù)的加工都不能消除這種組織。 產(chǎn)生原因： 錠中有非金屬夾雜。這種夾

29、雜物T再很高，再經(jīng)熱變形或熱處理過程中難以產(chǎn)生再結(jié)晶，但在高溫和強(qiáng)烈的三向應(yīng)力作用下具有一定的塑性，能沿延伸方向拉長(zhǎng)，并一直保留在制品中。 錠中有縮孔和氣眼等缺陷，在擠壓時(shí)被拉長(zhǎng)從而出現(xiàn)層狀組織。二 擠壓制品的性質(zhì)1、 機(jī)械性能的不均勻性（變形不均導(dǎo)致組織不均，則性能不均） 一般：外層：b高而低 內(nèi)層；b低而高 前端：b低而高 后端：b高而低 某些鋁合金則相反。 性能不均也反應(yīng)到橫向和縱向上的差異：一般在縱向上b 、都比橫向高。其原因是擠壓時(shí)是兩向壓縮一向拉伸變形狀態(tài)，晶粒沿?cái)D壓方向形成條狀組織和變形織構(gòu)產(chǎn)生各向異性，從而縱向性能高而橫向低。2、擠壓效應(yīng) 擠壓效應(yīng)：某些鋁合金，如LD2、LD5

30、、 LD10、LY11、LY12、LC4、LC6等擠壓制品，經(jīng)淬火和時(shí)效后比同一成分的合金經(jīng)軋制、鍛造或其他熱加工方法，再采用同一熱處理制度后其縱向性能要高出2030%，這種現(xiàn)象稱為擠壓效應(yīng)。 擠壓效應(yīng)的組織性能與特征 經(jīng)加熱淬火后仍保持著加工組織 制品存在著變形織構(gòu)因而性能具有明顯的方向性。 擠壓效應(yīng)也發(fā)生在含有Mn、Cr、Zr元素合金制品。 擠壓效應(yīng)和粗晶環(huán)是一個(gè)問題的兩個(gè)方面，同屬于再結(jié)晶問題。即隨著再結(jié)晶程度的提高，形成粗晶環(huán)的傾向越大，擠壓效應(yīng)就越低。第五節(jié) 擠壓工具擠壓工具包括：模子穿孔針擠壓墊片擠壓軸擠壓筒第七節(jié) 擠壓工藝 最佳的擠壓工藝包括： 正確選擇擠壓方法和擠壓設(shè)備 正確確

31、定擠壓工藝參數(shù)* 選擇優(yōu)良的潤(rùn)滑條件 確定合理的錠坯尺寸* 采用最佳的擠壓模設(shè)計(jì)方法等 擠壓制品的質(zhì)量分析*一 擠壓工藝參數(shù)的確定 參數(shù)選擇是否正確，直接影響制品的質(zhì)量（組織、性能、尺寸偏差、表面質(zhì)量等）以及成品率，生產(chǎn)率及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。1、擠壓溫度（加熱溫度、加熱時(shí)間、爐內(nèi)氣氛）鑄錠加熱溫度確定： 一般 T，晶粒 d、 b 、； T ，d、b 、。 另外 T，金屬流動(dòng)不均勻，組織性能不均勻,縮尾 但 T ，P，后期錠產(chǎn)生擠不動(dòng)現(xiàn)象 所以應(yīng)正確選擇。 金屬與合金的可擠壓性：可擠性為金屬的內(nèi)在性能,即在擠壓過程中成材的可能性。它包括在高溫條件下金屬與合金的變形抗力與塑性這兩個(gè)指標(biāo)。 a. 合金成分：

32、根據(jù)合金成分的不同，查其合金相圖確定擠壓溫度的加熱范圍，一般為合金熔點(diǎn)絕對(duì)溫度的0.750.95倍，即查找金屬熔點(diǎn)和該成分合金在相圖上固相點(diǎn)溫度，確定擠壓溫度的上限，以避免擠壓時(shí)的熱脆性。其次，高溫時(shí)存在相變的合金，最好在單相區(qū)熱擠壓（下限）。 b. 金屬與合金的塑性：根據(jù)合金的塑性圖，盡量在高溫塑性范圍的溫度下擠壓，而避免在脆性區(qū)范圍內(nèi)擠壓。 制品質(zhì)量要求 組織性能：一般對(duì)易產(chǎn)生表面過硬氧化皮和易粘接工具的金屬材料，溫度不宜過高；對(duì)具有明顯淬火粗晶環(huán)和擠壓效應(yīng)的合金，應(yīng)降低擠壓溫度；對(duì)利用制品出?？诤蟮母邷刂苯哟慊鸬暮辖?，應(yīng)采用高溫?cái)D壓。 制品尺寸：當(dāng)制品出?？诇囟妊亻L(zhǎng)度方向上有波動(dòng)時(shí)，冷卻

33、后的斷面尺寸沿長(zhǎng)度方向上也存在波動(dòng)，則不要首先判斷為“?？啄p”，應(yīng)采用擠壓速度來調(diào)整溫度或采用梯溫加熱或等溫?cái)D壓工藝。 表面質(zhì)量：若溫度越高粘結(jié)工具越嚴(yán)重，則使制品表面質(zhì)量惡化，因此應(yīng)將溫度控制在一定的范圍內(nèi)。使用組合模擠空心型材和管材時(shí)應(yīng)提高溫度來控制制品的焊接縫質(zhì)量。 擠壓時(shí)的變形熱 由于擠壓時(shí)熱效應(yīng)大而引起溫升，所以擠壓溫度一般比其它加工方法的溫度低50。 綜上，溫度范圍的確定：既考慮合金狀態(tài)圖、高溫塑性圖又要考慮第二類再結(jié)晶相圖 ，還要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際（包括生產(chǎn)規(guī)程、設(shè)備性能等），同時(shí)要考慮金屬熱平衡關(guān)系。（加熱溫度在P135頁表7-2） 鑄錠加熱時(shí)間的確定（加熱時(shí)間、保溫時(shí)間）： 原則

34、上加熱時(shí)間應(yīng)達(dá)到合金所規(guī)定的溫度，并保證錠內(nèi)外溫度均勻，主要與以下因素有關(guān)： 加熱溫度與金屬的導(dǎo)熱性：溫度低，導(dǎo)熱性能好，時(shí)間短，反之越長(zhǎng) 錠直徑（尺寸）：Dd、Ld ，時(shí)間長(zhǎng) 加熱方式： 火焰爐加熱油、煤氣，較快 電阻爐加熱較慢 對(duì)鋁1.53.5小時(shí)，對(duì)銅12.5小時(shí) 感應(yīng)加熱最快，10分鐘 爐內(nèi)氣氛：電阻爐或感應(yīng)爐內(nèi)氣氛屬微氧化性氣氛；火焰加熱爐中可控制氣氛為氧化性氣氛或還原性氣氛，如TU1要求含O2不大于0.003%，控制為還原性氣氛。2、擠壓速度的選擇（ V流、 V擠） V流對(duì)制品質(zhì)量的影響 當(dāng)V流，擠壓時(shí)間越長(zhǎng)，擠壓后期鑄錠溫度低,制品產(chǎn)生加工組織（未充分再結(jié)晶），甚至出現(xiàn)擠不動(dòng)現(xiàn)象

35、，并使生產(chǎn)率； 當(dāng)V流，雖生產(chǎn)率，但熱效應(yīng)致使錠溫不斷上升，至一定程度，制品表面則產(chǎn)生裂紋，黃銅脫鋅或黏結(jié)金屬，從而影響表面質(zhì)量 所以應(yīng)在保證產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)備能力的情況下，盡量提高V流，提高生產(chǎn)率。 V流的確定 金屬與合金的可擠壓性：選定了擠壓溫度后，則可根據(jù)金屬的熱平衡，確定V流。當(dāng)金屬與合金的溫度范圍較寬時(shí)，只要金屬出口溫度允許，則可采用較高的V流，因此純金屬 V流比合金高，高溫塑性范圍窄的應(yīng)采取較低的 V流。 當(dāng)測(cè)到金屬出口溫度高于規(guī)定值時(shí)，應(yīng)降低V流。 制品質(zhì)量要求： a. V流越快，金屬流動(dòng)不均。因此擠壓型材時(shí)，為避免產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力而使型材產(chǎn)生彎曲與扭擰，V流應(yīng)較圓棒低；擠管時(shí)較棒

36、高；表面摩擦狀態(tài)差的較之狀態(tài)好的V流低；對(duì)同一合金加熱溫度高較之低的V流低。 b.使用組合模擠壓空心型材時(shí)，為保證焊縫質(zhì)量要使金屬在焊合室有足夠的停留時(shí)間，故應(yīng)V流。 設(shè)備能力限制 a.V流，金屬變形抗力，則 P，受到設(shè)備能力的限制。 b. V流，會(huì)縮短錠坯的加熱時(shí)間，從而產(chǎn)生“加熱不透現(xiàn)象” 。 V流的確定：書P140-141表7-37-83、變形程度的選擇 為保證制品的組織性能：對(duì)擠壓直接出成品的制品應(yīng)10；對(duì)擠壓后再繼續(xù)加工5；當(dāng)擠制品用于二次擠壓坯料不限，但應(yīng)根據(jù)二次擠壓筒的直徑來確定其規(guī)格。 變形程度對(duì)擠壓制品性能影響較大： 當(dāng)=20%時(shí)，制品表面與中心性能差異很??；當(dāng)20%時(shí)，隨的

37、增加，性能差值增大(變形不均增加)；當(dāng)60%時(shí)，則性能差值逐漸減?。ㄗ冃尾痪饾u減小)；當(dāng)90%時(shí)，內(nèi)外性能趨于一致，說明金屬變形均勻(剪切變形深入內(nèi)部，網(wǎng)格由原來凸起的曲線變成兩條直線)。 一般擠壓90%； 10。4、參數(shù)間的關(guān)系：（如圖） 合理擠壓制度區(qū) 超過設(shè)備能力 金屬已熔化出現(xiàn)裂紋 左半部（低溫區(qū)）：隨T，V流，生產(chǎn)率；如 T 不變， ，P，趨于等壓線或超過等壓線，進(jìn)入?yún)^(qū)，超過設(shè)備能力，擠不動(dòng)。 右半部：隨 T，V流；如 T 不變， V流 ，熱效應(yīng)，進(jìn)入?yún)^(qū)，熔化，出現(xiàn)裂紋。5、擠壓過程中的溫度速度控制 一般 T 則 V流 ， T 則 V流 對(duì)于對(duì)溫度、速度較敏感合金，例如硬鋁合金，其

38、熱效應(yīng)大，為使鑄錠內(nèi)外溫度均勻，還應(yīng)采用如下措施： 錠坯的梯溫加熱法。即使錠在長(zhǎng)度上或者斷面上的加熱溫度有一個(gè)梯度 斷面上： a. 由于錠表面與筒劇烈摩擦而使金屬 T ，應(yīng)使錠的溫度表面低于中心（可將錠加熱后放入水中冷卻） b. 錠與筒的溫差大。錠表面溫度逸散應(yīng)使錠的溫度表面高于中心（可采用快速加熱法） 長(zhǎng)度上：應(yīng)使后端溫度低于前端。 擠壓過程后期溫度上升 據(jù)實(shí)驗(yàn)：采用梯溫加熱法可大大降低制品的性能差。如：頭尾溫度為400/250，制品平均波動(dòng)值為2.25%，而450/350為7.05%，而使用均勻加熱法為21.14。 控制工具的溫度 水冷模：通過冷卻模子使制品溫度不致于過高，從而可提高 V流

39、。 水冷擠壓筒：水冷擠壓筒前端部，使變形區(qū)溫度,而V流。 調(diào)整擠壓速度 通過變形速度的變化來調(diào)整金屬的溫度，從而達(dá)到均勻的目的。 以往采用擠壓后期降低V流的方法，其缺點(diǎn)是擠壓周期變長(zhǎng)，生產(chǎn)率低。 采用低溫和冷擠壓來提高V流，但受設(shè)備能力的限制。 等溫?cái)D壓：通過測(cè)出出口溫度反饋，來調(diào)整擠壓速度，但由于熱敏元件的可靠性，還有設(shè)備的熱慣性等技術(shù)問題等難以解決。 模擬等溫?cái)D壓：據(jù)大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)找出 V流與 T 的變化規(guī)律，事先編好 V流控制程序進(jìn)行擠壓，效果較好,生產(chǎn)率可提高20%，成品率提高5%。6、 工具預(yù)熱 目的： 減少錠斷面溫差，將使金屬流動(dòng)不均； 防止急冷急熱的熱沖擊，延長(zhǎng)使用壽命。 預(yù)熱制度： 擠壓筒：250350 擠壓模：200300 擠壓墊：200300 擠壓針：250350二、鑄錠尺寸確定 Dd 大、Ld 大，相對(duì)壓余、切頭尾減少，成品率提高;但Dd 大、Ld 長(zhǎng)，性能不均，起皮，起泡的可能性大，擠壓力大，后期可能產(chǎn)生擠不動(dòng)現(xiàn)象。 1、錠直徑Dd： 錠直徑 Dd 選擇：要保證90或10。 對(duì)棒型： D0（ 4F1/）1/2 對(duì)管：D0 （4F1/d12 ）1/2 其中：D0筒徑、