關于經旋壓成型生產的高強度薄壁鋼管缺陷發展的研究K.M.RajanandK.Narasimhan摘要旋壓成型已經作為一種有良好發展前景，經濟的金屬成型技術開始出現。因為它能夠提供高強度，高精度，具有優良表面光潔度的薄壁管。本文介紹了經旋壓成型生產的高強度SAE4130鋼管的實驗觀察研究。主要觀察的缺陷是魚尾紋、過早破裂、直徑增長、微裂紋和宏觀裂紋。本文通過各種失效模式分析各類缺陷并從中獲取促成缺陷的各種因素。關鍵詞：金屬成形包含物專家系統顯微結構表面加工引言旋壓成型是一種有發展空間、經濟的金屬成形技術，能夠達到國防和航空航天工業發展需要的高比強度，高精密公差和優良的表面光潔度的要求。相對較低的加工成本和高的金屬利用率要歸功于無屑金屬成形技術，然而將低強度材料加工成高強度產品則要通過應變硬化。旋壓成型是一個漸進的形成過程，使用三維軋制過程的基本變化并結合軋制，剪切，彎曲成一體的操作。它既不像鐓鍛也像模鍛。旋壓成型本質上是逐點塑性變形過程，致使一部分形成高變形的顯微結構。隨著旋壓成型的進行，材料的屈服強度、極限抗拉強度、硬度和相對延伸率都顯著提高。傳統上，管材的生產是通過熱擠壓、拉拔或皮爾格軋制等方式。然而若要通過熱擠壓生產出超出規定極限的薄管是不可能的。拉拔方式相對于擠壓方式既簡單又經濟，因此對于較厚鋼管的生產，一般先冷擠壓，然后經拉拔或皮爾格軋機完成。拉拔過程基本上是一個拉伸過程。在拉拔的過程中，微觀裂紋和缺陷從材料的內部開始傳播，最后導致材料的破壞。對于硬度較高的材料，每道拉拔工序都需要將斷面收縮率限制在10%以內1，而且總的收縮率需要根據一系列的退火周期來確定。增加拉拔和退火工序都要增加相應的生產成本。很顯然，用很難加工的材料通過拉拔方式來生產組件的成本很高。然而，如果對尺寸公差要求不高，用傳統的拉拔方式來生產管材也是可取的。而旋壓成型綜合了傳統管材生產方法的幾種優勢。1概述旋壓成型用于生產具有精密尺寸公差的無縫管。無縫管,理論上來說可以代表最終的可靠性2。利用旋轉軸進行金屬剝皮和成品粗加工。金屬零件和芯軸一起旋轉（緊密的連在一起），滾珠和心軸連在一起，滾珠預先連到一臺電腦數值控制的旋壓機上。滾珠施加的壓縮力使粗加工后的金屬塑性提高。要達到變形金屬所需要的形狀和適當的壁厚，就需要控制滾筒和芯軸之間的間隙。旋壓成型可以分為兩種截然不同的加工方式：拉旋成型和縮旋成型。在拉旋成型中，滾珠進給和變形材料前進的方向是同一個方向。變形材料受到拉應力，同時受到滾珠給予的壓應力。在縮旋成型中，滾珠進給方向和變形材料前進方向相反。材料在滾珠下處于壓縮狀態，而變形區外不受力的作用。縮旋成型技術目前被用作研究，圖示說明如下：2正文本文介紹了關于用AISI4130鋼生產的高強度薄壁管旋壓成型過程中的故障和缺陷產生的原因的研究。研究還分析了能夠導致故障和缺陷的各種冶金和機械類因素。經旋壓成型生產的管材常見的缺陷有：直徑增長、過早破裂、結疤、魚尾紋和耳子3。其他形式的缺陷包括：膠件料厚不均、微裂紋和宏觀裂紋。先進的三輥旋壓成型機能夠制造出精度高的管材4,5。然而像包含物和不均勻顆粒結構等冶金類和材料因素能夠影響管材的質量。此外，選擇不合適的變形參數也能夠影響管材延伸的質量。本文將鋼的冶煉特性和生產高質量的薄壁旋壓成型管聯系在一起5,6。3實驗觀察由于具有可用性、較低的成本和較好的冷變形能力，SAE4130鋼被用來制造薄壁高強度無縫管，變形工具選擇壓力容器。縮旋成型技術在這此得到應用。本文描述的研究工作所用的SAE4130鋼沒有經過電渣冶煉法再冶煉。這些等級鋼的包含物級別以美洲試驗材料協會45為依據，具體如下：硫化物氧化鋁硅酸鹽球狀氧化物厚薄厚薄厚薄厚薄1.50.52.51.01.51.50.5鋼中溶解氧、氮和氫的含量視分析結果而定，一般為：氧22ppm、氮110ppm、氫3ppm。外部構造為三輥，內部為四軸CNC旋壓機用于實驗室工作。下圖為旋壓成型機的顯微照片。粗加工成品用較厚的材料進行旋壓成型進行鍛造加工，用錐形穿孔機穿孔，芯軸精加工，然后進行淬火和回火。該流程經過三個道次完成，而且不需要中間退火。每個到此的硬度和厚度減少百分比如下表：旋壓成型硬度和厚度縮減百分比道次坯料厚度（mm）成品厚度（mm）坯料硬度（HRC）成品硬度(HRC)縮減百分比（%）119.509.7521285029.754.87528305034.8752.00303160旋壓管經過一系列變形厚度減少約88%，剪切和拉伸試驗選用的材料是從整個管材上取的，見下圖：詳細的機械性能和尺寸精度如下表：旋壓成型管的機械性能和尺寸精度機械性能尺寸精度極限抗拉強度0.2%屈服應力%彈性模量橢圓度平直度表面光潔度(MPa)(MPa)(mm)(mm)CLA(m)理論1200(min)900(min)6(min)0.2(max)0.15(max)-實際1250-1350950-11007-80.15-0.200.1-0.15N5-N64抗壓實驗滿足一定力學性能和尺寸精度的管材需要進行100%液壓測試。使管材受到10%的最大應力，時間預計一分鐘，然后檢