1、.1 第四章軋制變形基本原理金屬塑性加工是利用金屬能夠產生永久變形的能力，使其在外力作用下進行塑性成型的一種金屬加工技術，也常叫金屬壓力加工。基本加工變形方式可以分為：鍛造、軋制、擠壓、分為：熱加工、冷加工、溫加工。金屬塑性加工的優點(1) 因無廢屑，可以節約大量的金屬，成材率較高；(2) 可改善金屬的部組織和與之相關聯的性能；(3) 生產率高，適于大量生產。第一節軋鋼的分類軋鋼是利用金屬的塑性使金屬在兩個旋轉的軋輥之間受到壓縮產生塑性變形，從而得到具有一定形狀、 尺寸和性能的鋼材的加工過程。 被軋制的金屬叫軋件； 使軋件實現塑性變形的機械設備叫軋鋼機；軋制后的成品叫鋼材。一、根據軋件縱軸線與

2、軋輥軸線的相對位置分類軋制可分為橫軋、縱軋和斜軋。如圖、。圖 1橫軋簡圖1軋輥； 2軋件； 3支撐輥橫軋：軋輥轉動方向相同，軋件的縱向軸線與軋輥的縱向軸線平行或成一定錐角，軋制時軋件隨著軋輥作相應的轉動。它主要用來軋制生產回轉體軋件，如變斷面軸坯、齒輪坯等。縱軋：軋輥的轉動方向相反，軋件的縱向軸線與軋輥的水平軸線在水平面上的投影相互垂直，軋制后的軋件不僅斷面減小、形狀改變，長度亦有較大的增長。它是軋鋼生產中應用最廣泛的一種軋制方法，如各種型材和板材的軋制。斜軋：軋輥轉動方向相同，其軸線與軋件縱向軸線在水平面上的投影相互平行，但在垂直面上的投影各與軋件縱軸成一交角，因而軋制時軋件既旋轉，又前進，

3、作螺旋運動。它主要用來生產管材和回轉體型材。.圖 2縱軋示意圖圖 3斜軋簡圖1軋輥； 2坯料； 3毛管； 4頂頭； 5頂桿二、根據軋制溫度不同又可分為熱軋和冷軋。所有的固態金屬和合金都是晶體。溫度和加工變形程度對金屬的晶體組織結構及性能都有不可忽視的影響。金屬在常溫下的加工變形過程中，其部晶體發生變形和壓碎，而引起金屬的強度、硬度和脆性升高，塑性和韌性下降的現象，叫做金屬的加工硬化。把一根金屬絲固定于某一點在手中來回彎曲多次后，鋼絲就會變硬、 變脆進而斷裂， 這就是加工硬化現象的一個例子。經加工變形后的金屬，隨著溫度的升高，其晶體組織又重新改組為新晶粒的現象，稱為金屬的再結晶。再結晶無晶體類型

4、的變化。金屬進行再結晶的最低溫度稱為金屬的再結晶溫度。 金屬的再結晶可以消除在加工變形過程中產生的加工硬化，恢復其加工變形前的塑性和韌性。金屬的再結晶溫度的高低，主要受金屬材質和變形程度的影響。將金屬加熱到再結晶溫度以上進行軋制叫熱軋。熱軋的優點是可以消除加工硬化，能使金屬的硬度、強度、脆性降低，塑性、韌性增加，而易于加工。這是因為金屬在再結晶溫度以上產生塑性變形（即產生加工硬化）的同時，產生了非常完善的再結晶。但在高溫下鋼件表面易生成氧化鐵皮，使產品表面粗糙度增大，尺寸不夠精確。金屬在再結晶溫度以下進行的軋制叫冷軋。冷軋的優點與熱軋相反。第三節金屬塑性變形的力學條件一、力與外力材料（入軋件）

5、由于外力（如軋輥的軋制力）的作用，其部產生的抵抗外力的抗力，叫力。 材料單位面積上的力叫應力。當應力分布均勻時，或者應力雖不均勻分布，但為例計算簡便時： = F式中：平均應力，Mpa；F材料的截面積，P作用于該截面積的力，N。.二、變形材料受外力所產生的形狀和尺寸的改變，叫變形。當外力消除后，能夠恢復原來形狀尺寸的那部分變形，叫彈性變形； 若外力超過某一限度，材料不能恢復原來形狀尺寸的那部分變形， 叫塑性變形。 材料產生塑性變形而不破裂的能力叫塑性。軋鋼生產就是利用金屬的塑性使軋件產生塑性變形而成型的。材料單位尺寸上的變形叫應變，應力與應變是共生共存的。塑性變形的力學條件材料抵抗塑性變形的能力

6、叫強度。材料產生塑性變形的最小應力叫屈服強度或屈服極限（ ReL/R eH）。材料破壞前的最大應力叫強度極限（Rm）。顯然，金屬材料產生塑性變形的力學條件是該材料受外力作用而產生的應力（）必須大于或等于其屈服極限（ReL），而小于其強度極限（Rm）。ReL/ Rm因為，當 < ReL時，材料不可能產生塑性變形，只產生彈性變形，而R 時，材料m會破裂。第四節塑性變形的體積不變定律和最小阻力定律一、 金屬塑性變形的體積不變定律體積不變定律是金屬塑性變形時，材料的體積保持不變。即軋制前后軋件的體積不變。如以 V、 V分別代表軋制前后軋件的體積，則V=V另 H、B、 L 和 hbl 分別代表軋件

7、軋制前后軋件的高度、寬度與長度，則有V=HBL;V=hbl HBL=hbl上面公式是體積不變定律的數學表達式，利用他可以計算定軋制后軋件的尺寸，根據產品的斷面面積和定尺長度，選擇合理的坯料尺寸。實際上，金屬在塑性變形過程中，其體積總有一些變化，這是由于：（ 1）在軋制過程中，金屬部的縮孔、氣泡和疏松被焊合，密度提高，因而改變了金屬體積。 這就是說除部有大量存在氣泡的沸騰鋼錠 （或有縮孔及疏松的鎮靜鋼錠、 連鑄坯）的加工前期外，熱加工時，金屬的體積是不變的。（ 2）在熱軋過程中金屬因溫度變化而發生相變以及冷軋過程中金屬組織結構被破壞，也會引起金屬體積的變化， 不過這種變化都極為微小。例如， 冷加

8、工時金屬的比重約減.少 0.1 0.2 。不過這些在體積上引起的變化是微不足道的，況且經過再結晶退火后其比重仍然恢復到原有的數值。2二、塑性變形的最小阻力定律1 、敘述：最小阻力定律是金屬材料在塑性變形時，其質點有向各個方向移動的可能性時，則各質點將沿阻力最小的方向移動。2、最小阻力定律的應用2. 確定金屬流動的方向。（ 1）利用最小阻力定律分析小輥徑軋制的特點。如圖2-3圖 3-3軋輥直徑對寬展的影響在壓下量相同的條件下，對于不同輥徑的軋制，其變形區接觸弧長度是不相同的，小輥徑的接觸弧較大輥徑小，因此，在延伸方向上產生的摩擦阻力較小，根據最小阻力定律可知，金屬質點向延伸方向流動的多，向寬度方

9、向流動的少，故用小輥徑軋出的軋件長度較長，而寬度較小。(2) 為什么在軋制生產中，延伸總是大于寬展？首先，在軋制時，變形區長度一般總是小于軋件的寬度，根據最小阻力定律得，金屬質點沿縱向流動的比沿橫向流動的多，使延伸量大于寬展量；其次，由于軋輥為圓柱體，沿軋制方向是圓弧的，而橫向為直線型的平面，必然產生.有利于延伸變形的水平分力，它使縱向摩擦阻力減少，即增大延伸，所以，即使變形區長度與軋件寬度相等時，延伸與寬展的量也并不相等，延伸總是大于寬展第五節金屬塑性變形的表示方法軋制過程中金屬產生塑性變形，其結果使軋件厚度減小稱為壓縮；寬度增加稱為寬展；長度增加稱為延伸。為表示以上三種變形的程度，另 H、

10、B、L 和 h、b、l 分別為軋制前后軋件的厚度、寬度和長度。一 、絕對變形量絕對壓下量，簡稱壓下量hHh絕對寬展量，簡稱寬展bbB絕對延伸量llL上述絕對變形量這種表示方法不能正確地反映出物體的變形程度二、相對變形量相對變形量是以三個方向的絕對變形量與其各自的相應線尺寸的比值表示的變形量。即：1h100 %相對壓下量H2b100%相對寬展量Bl3100%相對延伸量L上述相對變形量以相對壓下量使用較為廣泛。三、變形系數變形系數是另一種表示相對變形的方法，是以軋制前后（或軋制后與軋制前）相應的線尺寸的比值表示，即：H壓下系數h.寬展系數延伸系數bBlL上述變形系數反映了金屬變形前后尺寸變化的倍數

11、關系，在實際生產中應用較為廣泛，特別是延伸系數。依據體積不變定律，延伸系數又可以用以下式表示：lHBF0LhbFn式中 FF分別表示軋制前后軋件的斷面積。軋件總的變形程度常用壓縮比來表示，壓縮比就使軋前軋后軋件斷面積之比。用較大的壓縮比軋制，才能充分破碎鋼件的鑄造組織，使鋼材組織致密，改善其性能。第六節 軋制過程的三階段軋制過程可分為三個階段：咬入階段、穩定軋制階段和甩出階段。一咬入階段咬入階段是軋件前端與軋輥接觸的瞬間起到前端達到變形區的出口斷面（軋輥中心連線）稱為咬入階段。如圖（ 7-3 ）所示。在此階段的某一瞬間有如下特點：（ 1）軋件的前端在變形區有三個自由端（面） ，僅后面有不參與變

12、形的外端（或稱剛端）。圖軋制時的咬入階段（ 2）變形區的長度由零連續地增加到最大值，即增加到l hR（ 3）變形區的合力作用點、力矩皆不斷的變化。（ 4）軋件對軋輥的壓力 P 由零值逐漸增加到該軋制條件下的最大值。.（ 5）變形區各斷面的應力狀態不斷變化。二 穩定軋制階段從軋件前端離開軋輥軸心連線開始， 到軋件后端進入變形區入口斷面止，這一階段稱為穩定軋制階段。變形區的大小、軋件與軋輥的接觸面積，金屬對軋輥的壓力，變形區各處的應力狀態等都是均恒的，這就是此階段的特點。三 甩出階段從軋件后端進入入口斷面時起到軋件完全通過輥縫（軋輥軸心連線），稱為甩出階段。這一階段的特點類似于第一階段，即（ 1）

13、軋件的后端在變形區有三個自由端（面），僅前面有剛端存在。（ 2）變形區的長度由最大變到最小零。（ 3）變形區的合力作用點、力矩皆不斷地變化。（ 4）軋件對軋輥的壓力由最大變到零。（ 5）變形區斷面的應力狀態不斷地變化。第七節建立連軋的基本原則連續軋制簡稱連軋，它是一根軋件同時在幾架順序排列的軋機中進行軋制。建立連軋必須遵守軋件在各架軋機中金屬秒流量相等的原則。連軋的變形條件保證連軋過程秒流量相等原則，表示金屬秒流量相等的公式為：b1h1v1b2 h2 v2bn hn vn式中b1、b2bn第 1、第 2 至第 n 架軋機軋后軋件的寬度。h1、h2hn第 1、第 2 至第 n 架軋機軋后軋件的厚度。v1、 v2vn第 1、第 2 至第 n 架軋機軋后軋件出口速度。令 D1、 D2D n ; N1 、