Page 56 - 理化检验-物理分册2024年第十期
P. 56
李亚东，等：退火工艺对无间隙原子钢组织与摩擦特性的影响
力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越大，硬
度也就越高。
两个试样沿垂直于截面方向的显微硬度分布曲
线如图6所示。由图6可知：2号试样显微硬度高于
1号试样，且上下表层硬度高于中部；而较低退火温
度下，表层晶粒细小和晶粒不均是造成板材硬度升
高的主要原因。由此可知，对1号试样和2号试样在
图 5 不同压力下摩擦因数变化曲线 较大压力下进行冲压，当板料表面存在拉毛现象时，
2号试样表面摩擦因数急剧增大，且2号试样增幅更 2号试样较高的表面硬度增大了材料的流动阻力，其
为明显，说明在此压力下成形时，2号试样的流动阻 成形能力随之下降。
力大于1号材料。
在板料成形过程中，模具与材料表面之间存在
机械的相对运动和塑性流动，因此不可避免地存在
摩擦，摩擦特性是影响材料成形性能的重要因素之
一。基于黏着理论分析，摩擦阻力主要与模具和板
材直接接触面积、基板表面显微硬度相关。凹凸不
平的金属表面相互接触并受到法向力的作用，真实
图 6 两个试样沿垂直于截面方向的显微硬度分布曲线
接触的微凸曲面受到较大的接触应力，当超过材料
平整是为了满足钢带各项性能指标而在带钢
的屈服极限时就会发生塑性变形，此时载荷和真实
接触面积的关系如式（1）所示。 出口处设置的轧制工艺。断后伸长率低会使柯氏
气团不能被有效消除，屈服强度偏高；断后伸长
F =A σ (1)
n r s
率过大会导致材料发生冷加工硬化，也会造成屈
式中： F n 为载荷； A r 为真实接触面积； σ s 为压缩屈服 服强度偏高 [7-8] 。将 1 号试样平整断后伸长率控制
强度。 在 0.8%~1%，而 2 号试样实际平整断后伸长率为
模具与板料在载荷下发生接触黏结，并在切向 1.1%~1.2%，平整断后伸长率的增大使得试样表
力的作用下发生相对滑动，黏结不断被剪断。在较 层晶粒变形区域增大，导致表层和心部的晶粒度差
硬金属与较软金属相互摩擦时，较硬金属凸起可能 值增大。晶粒越细小，塑性变形扩展受到晶界的阻
切割较软金属，使较软的金属表面产生犁沟缺陷， 碍作用越大，钢带强度越高；同时，试样表层的位错
这种犁切效应使摩擦力增加了一项F ，可由式（2） 和晶界增加，晶界阻挡位错的移动，晶界越多，对位
e
表示。摩擦过程就是黏结与剪切交互进行的过程， 错移动的阻碍就越大，材料变形的阻力就越大，从
若金属黏结点剪切应力为τ ，此时的摩擦力F 可由 而使得表层硬度高于心部 [9-10] 。
b
f
式（3）表示。 综上所述，2号试样退火温度略低，平整断后伸
F = τ ′A (2) 长率大，从而导致板材表层晶粒尺寸不均匀。细小、
e e b
式中：A 为犁沟接触面积；τ ′为犁削剪切应力。 不均匀的晶粒使得材料表面硬度高于心部。当模具
e b
τ = F +A τ = F τ +A ′ A (3) 拉延筋、凹模圆角受到磨损后，在成形过程中钢带表
f r b e r b e b
面产生犁沟切削拉毛。较高的表面硬度增大了材料
当接触压力为3 000 N和4 000 N时，试样表面
的流动阻力，从而造成零件冲压开裂。增大板料与
未出现拉毛现象，此时的摩擦力主要为Aτ 项， F e 只 模具间的润滑作用，对凹模圆角与拉延筋进行抛光
r b
为全部摩擦力的百分之几，可以忽略不计。当正压
处理，增加开裂区域模具间隙均有利于减小板料拉
力增大到5 000 N以上时，试样表面出现拉毛划伤现
毛现象，降低材料流动阻力 [11-12] 。
象， A e τ b ′ 项不断增加，犁沟拉毛越严重，摩擦力越大。
根据经验公式，塑性材料剪切应力极限约为抗 3 结语
拉极限的 60%~80%，板材强度越高，剪切应力越 （1）IF钢中的固溶碳原子含量较少，退火后心部
大。金属材料硬度与强度之间具有近似的对应关系， 温度高于表层温度，晶界迁移的阻力较小，退火后期
因为硬度是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗 心部晶粒会继续长大；当IF钢板厚度较大时，退火
40
