轧制变形与工艺基础.doc

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1、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。1)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（

2、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

3、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，使钢在热轧加图1-2-1碳素钢塑性曲线工时开裂。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

4、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、轧制过程图1-2-2轧件在轧辊间的变形图1—轧辊；2—轧件；3—接触弧；4—咬入角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

5、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。图1-2-3轧辊咬入轧件1—轧辊；2—轧件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

6、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

7、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