雙金屬異向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊?/h1>
2011-11-13 08:15:22王淑敏
鍛壓裝備與制造技術(shù) 2011年4期
竇 明，王淑敏
（鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458030）
雙金屬異向?qū)λ苄宰冃蔚挠绊?/p>
竇 明，王淑敏
（鶴壁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鶴壁 458030）
在當(dāng)前的各種器具中，雙金屬用的愈來(lái)愈多。本文對(duì)常用的雙金屬，在不同方向上取樣，作單向拉伸試驗(yàn)，由異向系數(shù) ga=eb/ea，得出了在塑性變形過(guò)程中，不能忽略材料異向性的影響的結(jié)論。
材料實(shí)驗(yàn)；雙金屬；塑性變形；異向性
1 引言
雙金屬管又稱為復(fù)合管[1]，它是由兩種不同金屬材料構(gòu)成的，兼有兩種材料的特性。為了能夠更有效地發(fā)揮雙層金屬管材的優(yōu)越性，增加其強(qiáng)度和承載能力，通常要求雙金屬管材在非工作狀態(tài)下呈緊密配合狀態(tài)。與單材質(zhì)管相比，雙金屬?gòu)?fù)合管可以節(jié)省稀貴金屬材料，降低生產(chǎn)成本。因此，雙金屬?gòu)?fù)合管在石油、化工、核電和機(jī)械工程等行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景[2]。
在化工、醫(yī)療、電器零件和裝飾用品中，愈來(lái)愈多采用雙金屬材料。目前，復(fù)合管的制備技術(shù)很多，其中大部分都是利用局部或整體塑性成形來(lái)進(jìn)行復(fù)合的。傳統(tǒng)方法有軋制、擠壓法[3]等；較為新穎的有爆炸熔焊、離心鑄造[4]、液壓成形[5]、熱脹復(fù)合成形[6]等。在制造時(shí)幾乎全部都采用常溫下的塑性成形方法。這類零件雖然精度要求不高，但表面質(zhì)量要求很高，不允許有毛刺、裂紋、斑點(diǎn)出現(xiàn)。在雙金屬本質(zhì)上比單金屬塑性變形能力差[7]的情況下，如何得到表面質(zhì)量高的零件，是當(dāng)前雙金屬管應(yīng)用上的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
2 試驗(yàn)方法和試樣
2.1 單向拉伸試驗(yàn)
從板料軋制的 α=0，45°，90°不同方向上切取試樣，見(jiàn)圖1所示。
2.2 試樣的成分配制
用鋼和銅兩種材料，在不同牌號(hào)和厚度的鋼的表面，覆蓋不同牌號(hào)和厚度的銅。即1號(hào)雙金屬為20號(hào)鋼和90號(hào)純銅；2號(hào)雙金屬為08號(hào)鋼和黃銅；3號(hào)雙金屬為20鋼和黃銅。板厚均為3mm。
圖1雙金屬試樣
2.3 試樣的厚度和性能
這里采用的試樣的厚度和性能見(jiàn)表1所示。
表1 試樣的厚度和性能
2.4 試樣準(zhǔn)備
用金剛石錐，在放大鏡下，把試樣表面劃出相距為3mm，精度在0.0025mm～0.0030mm的正方形網(wǎng)格。
3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算和結(jié)果
采用不同變形厚度在萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)上測(cè)出試樣長(zhǎng)度和寬度方向上的變形量，做數(shù)據(jù)計(jì)算。有應(yīng)變值：
異向性系數(shù)：
式中腳標(biāo)代號(hào)：0——毛坯值；
a——試樣厚度；
b——試樣寬度；
α——0，45°，90°。
由所得數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算，得出結(jié)果。如圖2所示。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
（1）由試驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，在拉伸試樣縮頸前，雙金屬與單金屬一樣，都是均勻變形，網(wǎng)格變化大小相等?？s頸后，網(wǎng)格變化不一，表明各處變形不均勻。
（2）變形程度不一樣，由圖 2a，b，c，d可看出，異向性的趨勢(shì)一致，大小差異也不大。
（3）在不同方向上取樣，異向性系數(shù)差別很大，在45°方向上，異向性系數(shù)在0.8～1.2之間，在90°方向上，異向性系數(shù)在2.3～2.8之間。
（4）雙金屬層的厚度變化，對(duì)異向性沒(méi)有什么影響。
圖2 材料與取樣方向和變形程度的異向性因素關(guān)系
5 結(jié)論
雙金屬材料在塑性變形時(shí)的排樣，在不同方向上異向性不一樣。在板料軋制的45°方向上排樣，可忽略異向性的影響。
[1] 張 慶，周磊，趙長(zhǎng)財(cái)，等.復(fù)合管脹形成形極限研究[J].中國(guó)機(jī)械工程，2002，13（17）:1455-1458.
[2] 王學(xué)生，王亞輝，李培寧，等.液壓脹合復(fù)合管的應(yīng)力應(yīng)變分析[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，22（1）:33-35.
[3] 巢鵬飛，楊連發(fā)，于 強(qiáng)，等.金屬?gòu)?fù)合管制備中的應(yīng)用及展望[t1].塑性工程學(xué)報(bào)，2005，12（2）:42-47.
[4] Chen W C，Petersen C w.Corrosion Performance of Welded CRA-lined Pipes for Flowlines[J].SPE Production Engineering，1992，（4）:375-378.
[5] 王智祥，楊 斌，楊貴平.銅鋁雙金屬管連續(xù)襯拉復(fù)合成形的研究[J].稀有金屬，2002，26（3）：206-209.
[6] 於 方，秦建平.雙金屬管在管道輸送中的應(yīng)用[J].鋼管，2000，29（1）:34-36.
[7] 劉 偉，等.板材分段多點(diǎn)成形中局部劇烈塑性變形的研究[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2007，42（5）:82-85.
Influence of different-direction bimetal on plastic deformation process
DOU Ming，WANG Shumin
（Hebi Vocation Technical College，Hebi 458030，Henan China）
Based on the traditional bimetal,different-direction samples have been selected and the unilateral tensile test has been conducted.The different-direction coefficient shows that the influence of different-direction function of the material can't be ignored in the plastic deformation process.
Bimetal；Plastic deformation；Different-direction function
TG115
B
1672－0121（2011）04－0094－02
2011-04-02
竇 明（1974-），男，講師，從事材料化學(xué)的教學(xué)與研究
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材料實(shí)驗(yàn)；雙金屬；塑性變形；異向性
1 引言
雙金屬管又稱為復(fù)合管[1]，它是由兩種不同金屬材料構(gòu)成的，兼有兩種材料的特性。為了能夠更有效地發(fā)揮雙層金屬管材的優(yōu)越性，增加其強(qiáng)度和承載能力，通常要求雙金屬管材在非工作狀態(tài)下呈緊密配合狀態(tài)。與單材質(zhì)管相比，雙金屬?gòu)?fù)合管可以節(jié)省稀貴金屬材料，降低生產(chǎn)成本。因此，雙金屬?gòu)?fù)合管在石油、化工、核電和機(jī)械工程等行業(yè)有著廣闊的應(yīng)用前景[2]。
在化工、醫(yī)療、電器零件和裝飾用品中，愈來(lái)愈多采用雙金屬材料。目前，復(fù)合管的制備技術(shù)很多，其中大部分都是利用局部或整體塑性成形來(lái)進(jìn)行復(fù)合的。傳統(tǒng)方法有軋制、擠壓法[3]等；較為新穎的有爆炸熔焊、離心鑄造[4]、液壓成形[5]、熱脹復(fù)合成形[6]等。在制造時(shí)幾乎全部都采用常溫下的塑性成形方法。這類零件雖然精度要求不高，但表面質(zhì)量要求很高，不允許有毛刺、裂紋、斑點(diǎn)出現(xiàn)。在雙金屬本質(zhì)上比單金屬塑性變形能力差[7]的情況下，如何得到表面質(zhì)量高的零件，是當(dāng)前雙金屬管應(yīng)用上的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。
2 試驗(yàn)方法和試樣
2.1 單向拉伸試驗(yàn)
從板料軋制的 α=0，45°，90°不同方向上切取試樣，見(jiàn)圖1所示。
2.2 試樣的成分配制
用鋼和銅兩種材料，在不同牌號(hào)和厚度的鋼的表面，覆蓋不同牌號(hào)和厚度的銅。即1號(hào)雙金屬為20號(hào)鋼和90號(hào)純銅；2號(hào)雙金屬為08號(hào)鋼和黃銅；3號(hào)雙金屬為20鋼和黃銅。板厚均為3mm。
圖1雙金屬試樣
2.3 試樣的厚度和性能
這里采用的試樣的厚度和性能見(jiàn)表1所示。
表1 試樣的厚度和性能
2.4 試樣準(zhǔn)備
用金剛石錐，在放大鏡下，把試樣表面劃出相距為3mm，精度在0.0025mm～0.0030mm的正方形網(wǎng)格。
3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算和結(jié)果
采用不同變形厚度在萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)上測(cè)出試樣長(zhǎng)度和寬度方向上的變形量，做數(shù)據(jù)計(jì)算。有應(yīng)變值：
異向性系數(shù)：
式中腳標(biāo)代號(hào)：0——毛坯值；
a——試樣厚度；
b——試樣寬度；
α——0，45°，90°。
由所得數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算，得出結(jié)果。如圖2所示。
4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
（1）由試驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，在拉伸試樣縮頸前，雙金屬與單金屬一樣，都是均勻變形，網(wǎng)格變化大小相等?？s頸后，網(wǎng)格變化不一，表明各處變形不均勻。
（2）變形程度不一樣，由圖 2a，b，c，d可看出，異向性的趨勢(shì)一致，大小差異也不大。
（3）在不同方向上取樣，異向性系數(shù)差別很大，在45°方向上，異向性系數(shù)在0.8～1.2之間，在90°方向上，異向性系數(shù)在2.3～2.8之間。
（4）雙金屬層的厚度變化，對(duì)異向性沒(méi)有什么影響。
圖2 材料與取樣方向和變形程度的異向性因素關(guān)系
5 結(jié)論
雙金屬材料在塑性變形時(shí)的排樣，在不同方向上異向性不一樣。在板料軋制的45°方向上排樣，可忽略異向性的影響。
[1] 張 慶，周磊，趙長(zhǎng)財(cái)，等.復(fù)合管脹形成形極限研究[J].中國(guó)機(jī)械工程，2002，13（17）:1455-1458.
[2] 王學(xué)生，王亞輝，李培寧，等.液壓脹合復(fù)合管的應(yīng)力應(yīng)變分析[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，22（1）:33-35.
[3] 巢鵬飛，楊連發(fā)，于 強(qiáng)，等.金屬?gòu)?fù)合管制備中的應(yīng)用及展望[t1].塑性工程學(xué)報(bào)，2005，12（2）:42-47.
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