鋁管材裂紋缺陷控制

無論是鋁管材壓延，還是鋁管材拉伸，都有可能產生裂紋。

上面說過，在冷軋鋁管材時，機架行程中某一段時間變形區內一部分金屬處于三向壓應力狀態，另一部分金屬處于兩向壓一向拉的應力狀態，這有利于塑性變形。因為除個另部位的拉應力外，整體上主應力作用能阻礙金屬晶間的滑移，保護金屬的完整性，不容易產生裂紋，所以冷軋管的冷加工率可達90%以上。但是軋槽設計不合理，或在生產中對槽型維修不當，軋槽寬度過寬；或芯頭錐角設計不合理，使管坯變形中減徑量增大，這兩種情況都會使金屬沿橫向不均勻變形增加，鋁管材在橫向上出現壁厚不均，可能產生裂紋。

在冷拉伸過程中，由于外層金屬在軸向上比中心受到較大的剪切變形和延伸變形，拉伸后因彈性的后效作用，外層比中心要縮短的量大。但拉伸件的整體性妨礙了其自由變形的可能，結果即在產生了殘余應力。對于冷拉圓棒，在軸向外層產生拉應力，中心產生與其平衡的壓應力。在徑向由于同樣的作用，所有同心的環形薄層要增大直徑，但受到阻礙不能自由漲大，產生壓應力；中心處壓應力最大，外層壞最小，等于零。在周向上，其中心部分因軸向和徑向受到殘余壓應力，外層金屬又阻礙其自由漲大，從而產生殘余壓應力，而外層則產生與之相平衡的殘余拉應力。




冷拉管中的殘余應力在管壁中的分布規律與圓棒材半徑上的殘余應力分布相同，但在周向上因拉伸方法和配模設計的差異，殘余應力的分布在數值上存在較大的變化。位伸時管子在內、外表層變形量不同，其變形差值用內徑縮減率和外徑縮減率的差表示，即：

                    Δ=[(d0-d1)/d0-(D0-D1)/D0]*100%

式中，d0，d1------分別為管材拉伸前、后的內徑；
      D0，D1------分別為管材拉伸前、后的外徑。

由生產實踐得知，變形差值越大，即不均勻變形越大，周向殘余應力越大。帶芯頭拉伸時，管坯直徑受壓縮減小，管壁也受到壓縮變形，故內、外層變形差值減小，因此管材外表面產生的周向殘余拉應力較小。空拉時，只有減縮直徑，沒有減小壁厚，差值增大，周向殘余應力明顯增加。當鋁管材表面出現的殘余拉應力超過材料的抗拉強度時，即會產生裂紋。

由于鋁管材中殘余應力的存在，即便沒有出現裂紋，也會明顯降低材料的穩定性和抗腐蝕性，使得材料的表面、尺寸和形狀隨著停放時間的延長而發生變化。采用這樣的材料加工零件時，有可能使應力陡然釋放，本來是圓形零件但發生突變而成為橢圓形。

防止或減少鋁管材生產中裂紋的發生，提高金屬材料的穩定性，在變形加工過程中須盡可能減小塑性變形錐內的不均勻變形，降低變形后的殘余應力及在后續加工中，采用矯形或熱處理以消除或減小殘余應力。對于不同的管材，具體做法為：

（1）對冷軋管，設計工、模具時，合理設計芯頭錐角和軋槽孔型；生產工藝上，合理選擇送料量，從而減小減徑量，減小寬展，降低減徑區的壓扁程度，減少不均勻變形。

（2）對冷拉管，帶芯頭拉伸時，盡可能減小減輕量，增大減壁量，使管材內、外表面的變形差值趨近于零，實現無周向殘余應力拉伸。

（3）對空拉管，若斷面加工率相同，空拉比帶芯頭的襯拉大得多，且隨著減徑量的增加而增大，因此管材的整徑或減徑的變形量要合理選擇。變形量太大，殘余應力增大；變形量太小，會影響表面質量，甚至由于材料的彈性影響，使塑性變形不能充分體現，達不到整徑或減徑的目的和效果。

（4）對拉伸坯料進行多次退火，減少兩次退火間的總加工率，以減小分散變形度，減少接觸表面上的摩擦；采用合適的模角，拉伸時使坯料與模子軸線良好地吻合，減小不均勻變形。

4.6金屬及非金屬壓入或壓坑

在壓延和拉伸過程中，金屬顆粒物如鋁屑和各種氧化物顆粒在壓力作用下被嵌入管壁內，稱為金屬及非金屬壓入，壓入金屬顆粒掉落成為壓坑。該缺陷減小了鋁管材的有效斷面積，破壞金屬的連續性，降低金屬材料的力學性能。

引起金屬及非金屬壓入或壓坑的原因有：

（1）管坯在鋸切加工過程中，切口存在毛刺，未打磨；內、外表面黏附鋁屑，未吹報干凈，壓延或拉伸時被壓入。

（2）潤滑劑使用時間太長，未進行充分、有效過濾，含鋁屑和其他氧化物顆粒，裹入潤滑膜中被壓入。

（3）毛料切斜度太大，壓延時尖銳處易呈碎片而被壓入。

（4）芯頭局部損壞或粘鋁，隨后進入管壁內。

為避免金屬及非金屬壓入或壓坑，應加強工藝過程控制與質量管理，徹底吹掃干凈管坯內、外表面的鋁屑和塵埃；對潤滑油充分過濾，并及時更換，避免金屬和夾雜顆粒流入壓延或拉伸過程而壓入鋁管材表面。

4.7擦、劃傷

工、模具表面粗糙、粘鋁；潤滑油膜抗壓能力低，在壓延或拉伸時，油膜遭到破壞，金屬與工、模具表面直接接觸，發生摩擦；輸送管道或輥套表面不平，存在尖銳型凸起物，都可能產生鋁管材表面擦傷或劃傷。

生產前須對工、模具輸送管道與輥套、潤滑油進行認真檢查，確認合格后方能投入生產。生產過程中應對鋁管材內外表面進行檢查，發現擦、劃傷應及時進行處理。

4.8橢圓

鋁管材內圓與外圓圓心不重合為壁厚不均引起，鋁管材圓形直徑不等，存在長短軸現象為橢圓。橢圓長短軸相差太大，即圓度超差，對要求高精尺寸的用戶如氣動元件用管是不允許的。

產生橢圓的原因很多，就壓延和拉伸而言，主要有：

（1）壓延管材。孔型設計和制造存在偏差，孔型軋槽呈橢圓形；軋槽磨損過大，由圓形演變成橢圓；操作時間隙調整不正確，使軋制鋁管材呈橢圓狀。

（2）拉伸管材。模子定徑區失圓，呈橢圓形。模角過大，定徑區太短；道次加工率太小，拉伸后易發生變形，產生橢圓。

合理設計，提高工、模具制造精度；加強對工、模具的維修管理；執行正確的操作規程，可提高鋁鋁管材圓度。

4.9 跳車痕

固定芯頭拉伸，芯頭與芯桿采用螺紋連接，剛性固定。芯頭與管材內表面、模子與管材外表面均發生接觸，摩擦面積大，摩擦力大。由于芯頭與芯桿屬于剛性連接，拉伸相同樣受力的作用。拉伸鋁管材長度增加時，芯桿隨之增長，在自重作用下產生彎曲隨之加重，使芯頭在模孔中難以固定于正確位置；同時由于芯桿受拉伸力影響，產生的彈性伸長量也增大，從而易引起跳車，形成跳車痕，或稱為跳車環、竹節。

減少拉伸鋁管材長度，或增加芯桿的剛性，或采用流動芯頭拉伸，可消除或減少跳車痕的發生。

4.10表面粗糙

如前所述，冷加工中產生表面粗糙缺陷主要是流動壓潤滑引起的。道次加工率小，加工中產生的正壓力小，可能在金屬與工、模具接觸的界面上潤滑油膜較厚，接觸界面的剪切變形在油膜中進行，工、模具的光滑表面對被加工金屬的表面起不到壓熨作用，從而保留了上道工序的加工表面，或更為惡劣的表面狀態，明顯出現表面粗糙化的傾向。

提高道次加工率，變流體動壓潤滑為邊界潤滑，充分發揮工、模具光滑表面對被加工金屬表面的壓熨作用，提高表面光潔度，可減輕或避免表面粗糙的產生。

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