金屬材料特質(zhì)

2.1疲勞

許多機(jī)械零件和工程構(gòu)件，是承受交變載荷工作的。在交變載荷的作用下，雖然應(yīng)力水平低于材料的屈服極限，但經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)力反復(fù)循環(huán)作用以后，也會(huì)發(fā)生突然脆性斷裂，這種現(xiàn)象叫做金屬材料的疲勞。金屬材料疲勞斷裂的特點(diǎn)是：（1）載荷應(yīng)力是交變的；（2）載荷的作用時(shí)間較長(zhǎng)；（3）斷裂是瞬時(shí)發(fā)生的；（4）無(wú)論是塑性材料還是脆性材料，在疲勞斷裂區(qū)都是脆性的。所以，疲勞斷裂是工程上常見(jiàn)、危險(xiǎn)的斷裂形式。

金屬材料的疲勞現(xiàn)象，按條件不同可分為下列幾種：

（1）高周疲勞：指在低應(yīng)力（工作應(yīng)力低于材料的屈服極限，甚至低于彈性極限）條件下，應(yīng)力循環(huán)周數(shù)在100000以上的疲勞。它是常見(jiàn)的一種疲勞破壞。高周疲勞一般簡(jiǎn)稱為疲勞。

（2）低周疲勞：指在高應(yīng)力（工作應(yīng)力接近材料的屈服極限）或高應(yīng)變條件下，應(yīng)力循環(huán)周數(shù)在10000~100000以下的疲勞。由于交變的塑性應(yīng)變?cè)谶@種疲勞破壞中起主要作用，因而，也稱為塑性疲勞或應(yīng)變疲勞。

（3）熱疲勞：指由于溫度變化所產(chǎn)生的熱應(yīng)力的反復(fù)作用，所造成的疲勞破壞。

（4）腐蝕疲勞：指機(jī)器部件在交變載荷和腐蝕介質(zhì)（如酸、堿、海水、活性氣體等）的共同作用下，所產(chǎn)生的疲勞破壞。

（5）接觸疲勞：這是指機(jī)器零件的接觸表面，在接觸應(yīng)力的反復(fù)作用下，出現(xiàn)麻點(diǎn)剝落或表面壓碎剝落，從而造成機(jī)件失效破壞。

2.2塑性

塑性是指金屬材料在載荷外力的作用下，產(chǎn)生 變形（塑性變形）而不被破壞的能力。金屬材料在受到拉伸時(shí)，長(zhǎng)度和橫截面積都要發(fā)生變化，因此，金屬的塑性可以用長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)（延伸率）和斷面的收縮（斷面收縮率）兩個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量。

金屬材料的延伸率和斷面收縮率愈大，表示該材料的塑性愈好，即材料能承受較大的塑性變形而不破壞。一般把延伸率大于百分之五的金屬材料稱為塑性材料（如低碳鋼等），而把延伸率小于百分之五的金屬材料稱為脆性材料（如灰口鑄鐵等）。塑性好的材料，它能在較大的宏觀范圍內(nèi)產(chǎn)生塑性變形，并在塑性變形的同時(shí)使金屬材料因塑性變形而強(qiáng)化，從而提高材料的強(qiáng)度，保證了零件的使用。此外，塑性好的材料可以順利地進(jìn)行某些成型工藝加工，如沖壓、冷彎、冷拔、校直等。因此，選擇金屬材料作機(jī)械零件時(shí)，必須滿足一定的塑性指標(biāo)。

早在1925年人們就已經(jīng)掌握，鋼同有色金屬一樣可以用擠壓法進(jìn)行變形。由于設(shè)備和工具成本低、產(chǎn)品斷面豐富，這種鋼的熱成型方法愈來(lái)愈受到人們的重視。1941年SejournetJ在于仁恩電爐公司的協(xié)助下，試驗(yàn)成功了玻璃潤(rùn)滑劑，使鋼的熱擠壓的發(fā)展成為可能，并迅速在全世界范圍推廣。

傳統(tǒng)鋼擠壓生產(chǎn)采用石墨(片狀石墨與機(jī)油、焦油或油脂等混和成的涂料)作為潤(rùn)滑劑。但石墨潤(rùn)滑劑的缺點(diǎn)是：

①導(dǎo)熱系數(shù)較大，隔熱差、工模具溫升大，磨損快，擠壓長(zhǎng)產(chǎn)品困難。

②容易引起產(chǎn)品增碳，當(dāng)擠壓不銹鋼時(shí)容易產(chǎn)生晶間腐蝕，故擠壓后必須去除滲碳層，結(jié)果增加了金屬消耗。

③往往會(huì)使環(huán)境污染。

玻璃潤(rùn)滑劑與石墨相比，其優(yōu)點(diǎn)是：

①玻璃導(dǎo)熱系數(shù)小，能防止坯料表面過(guò)快冷卻，同時(shí)也能起到保護(hù)工模具作用。

②具有良好的潤(rùn)滑性能，可采用大的擠壓比和提高擠壓速度，從而可擴(kuò)大擠壓機(jī)生產(chǎn)的產(chǎn)品范圍。

③玻璃潤(rùn)滑劑化學(xué)穩(wěn)定性好，不會(huì)引起組織缺陷。

④可以方便地改變玻璃潤(rùn)滑劑的配比，獲得不同的物理性能(如軟化點(diǎn)、粘度等)，以適應(yīng)擠壓不同材質(zhì)的產(chǎn)品需要。

⑤使用玻璃作為潤(rùn)滑劑時(shí)可以保持清潔。總之，玻璃潤(rùn)滑劑優(yōu)點(diǎn)顯著。國(guó)外許多研究結(jié)果指明，擠壓鋼時(shí)采用玻璃潤(rùn)滑劑效果 。

擠壓鋼管時(shí)必須進(jìn)行潤(rùn)滑的部位有：擠壓模、擠壓筒和芯棒三個(gè)部位。

(1)擠壓模的潤(rùn)滑：模子的潤(rùn)滑常用將玻璃粉壓制成玻璃墊的方法，即在擠壓前把玻璃墊置于模子與坯料之間。為了保證玻璃墊能連續(xù)軟化在摩擦表面上，要求玻璃墊的形狀與?？兹肟阱F和坯料端部形狀相吻合。玻璃墊外徑一般比擠壓筒直徑小3～5mm。玻璃墊內(nèi)孔直徑小于或等于?？字睆?。玻璃墊的厚度一般取坯料長(zhǎng)度的4%～8%。

(2)擠壓筒和芯棒的潤(rùn)滑：擠壓筒和芯棒的潤(rùn)滑應(yīng)選用軟化點(diǎn)低、粒度小的玻璃粉涂敷在鋼坯內(nèi)孔和外表面。此外，也可以用玻璃布纏包繞在坯料表面上和將玻璃布條繞在芯棒上的方法。

(3)鋼管表面玻璃膜的去除：由于擠壓時(shí)采用了玻璃潤(rùn)滑劑，擠壓鋼管內(nèi)外表面上殘留一層厚度20～50μm的玻璃膜，其性質(zhì)硬而脆，有害于以后的加工和使用，必須。方法有機(jī)械法和化學(xué)法。機(jī)械法有噴丸、水冷和拉伸矯直等方法。應(yīng)用化學(xué)法玻璃膜時(shí)，由于在鋼管表面上殘留的玻璃潤(rùn)滑劑具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性，它需要采用堿溶液或酸溶液。酸洗法的不足之處在于對(duì)各種鋼管材質(zhì)的侵蝕性大，可能使鋼管表面產(chǎn)生過(guò)酸洗，尤其對(duì)碳鋼的侵蝕性更大，因此應(yīng)用上受到限制。目前采用酸堿聯(lián)合法。