铝管材裂纹缺陷控制

无论是铝管材压延，还是铝管材拉伸，都有可能产生裂纹。

上面说过，在冷轧铝管材时，机架行程中某一段时间变形区内一部分金属处于三向压应力状态，另一部分金属处于两向压一向拉的应力状态，这有利于塑性变形。因为除个另部位的拉应力外，整体上主应力作用能阻碍金属晶间的滑移，保护金属的完整性，不容易产生裂纹，所以冷轧管的冷加工率可达90%以上。但是轧槽设计不合理，或在生产中对槽型维修不当，轧槽宽度过宽；或芯头锥角设计不合理，使管坯变形中减径量增大，这两种情况都会使金属沿横向不均匀变形增加，铝管材在横向上出现壁厚不均，可能产生裂纹。

在冷拉伸过程中，由于外层金属在轴向上比中心受到较大的剪切变形和延伸变形，拉伸后因弹性的后效作用，外层比中心要缩短的量大。但拉伸件的整体性妨碍了其自由变形的可能，结果即在产生了残余应力。对于冷拉圆棒，在轴向外层产生拉应力，中心产生与其平衡的压应力。在径向由于同样的作用，所有同心的环形薄层要增大直径，但受到阻碍不能自由涨大，产生压应力；中心处压应力最大，外层坏最小，等于零。在周向上，其中心部分因轴向和径向受到残余压应力，外层金属又阻碍其自由涨大，从而产生残余压应力，而外层则产生与之相平衡的残余拉应力。




冷拉管中的残余应力在管壁中的分布规律与圆棒材半径上的残余应力分布相同，但在周向上因拉伸方法和配模设计的差异，残余应力的分布在数值上存在较大的变化。位伸时管子在内、外表层变形量不同，其变形差值用内径缩减率和外径缩减率的差表示，即：

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

式中，d0，d1------分别为管材拉伸前、后的内径；
      D0，D1------分别为管材拉伸前、后的外径。

由生产实践得知，变形差值越大，即不均匀变形越大，周向残余应力越大。带芯头拉伸时，管坯直径受压缩减小，管壁也受到压缩变形，故内、外层变形差值减小，因此管材外表面产生的周向残余拉应力较小。空拉时，只有减缩直径，没有减小壁厚，差值增大，周向残余应力明显增加。当铝管材表面出现的残余拉应力超过材料的抗拉强度时，即会产生裂纹。

由于铝管材中残余应力的存在，即便没有出现裂纹，也会明显降低材料的稳定性和抗腐蚀性，使得材料的表面、尺寸和形状随着停放时间的延长而发生变化。采用这样的材料加工零件时，有可能使应力陡然释放，本来是圆形零件但发生突变而成为椭圆形。

防止或减少铝管材生产中裂纹的发生，提高金属材料的稳定性，在变形加工过程中须尽可能减小塑性变形锥内的不均匀变形，降低变形后的残余应力及在后续加工中，采用矫形或热处理以消除或减小残余应力。对于不同的管材，具体做法为：

（1）对冷轧管，设计工、模具时，合理设计芯头锥角和轧槽孔型；生产工艺上，合理选择送料量，从而减小减径量，减小宽展，降低减径区的压扁程度，减少不均匀变形。

（2）对冷拉管，带芯头拉伸时，尽可能减小减轻量，增大减壁量，使管材内、外表面的变形差值趋近于零，实现无周向残余应力拉伸。

（3）对空拉管，若断面加工率相同，空拉比带芯头的衬拉大得多，且随着减径量的增加而增大，因此管材的整径或减径的变形量要合理选择。变形量太大，残余应力增大；变形量太小，会影响表面质量，甚至由于材料的弹性影响，使塑性变形不能充分体现，达不到整径或减径的目的和效果。

（4）对拉伸坯料进行多次退火，减少两次退火间的总加工率，以减小分散变形度，减少接触表面上的摩擦；采用合适的模角，拉伸时使坯料与模子轴线良好地吻合，减小不均匀变形。

4.6金属及非金属压入或压坑

在压延和拉伸过程中，金属颗粒物如铝屑和各种氧化物颗粒在压力作用下被嵌入管壁内，称为金属及非金属压入，压入金属颗粒掉落成为压坑。该缺陷减小了铝管材的有效断面积，破坏金属的连续性，降低金属材料的力学性能。

引起金属及非金属压入或压坑的原因有：

（1）管坯在锯切加工过程中，切口存在毛刺，未打磨；内、外表面黏附铝屑，未吹报干净，压延或拉伸时被压入。

（2）润滑剂使用时间太长，未进行充分、有效过滤，含铝屑和其他氧化物颗粒，裹入润滑膜中被压入。

（3）毛料切斜度太大，压延时尖锐处易呈碎片而被压入。

（4）芯头局部损坏或粘铝，随后进入管壁内。

为避免金属及非金属压入或压坑，应加强工艺过程控制与质量管理，彻底吹扫干净管坯内、外表面的铝屑和尘埃；对润滑油充分过滤，并及时更换，避免金属和夹杂颗粒流入压延或拉伸过程而压入铝管材表面。

4.7擦、划伤

工、模具表面粗糙、粘铝；润滑油膜抗压能力低，在压延或拉伸时，油膜遭到破坏，金属与工、模具表面直接接触，发生摩擦；输送管道或辊套表面不平，存在尖锐型凸起物，都可能产生铝管材表面擦伤或划伤。

生产前须对工、模具输送管道与辊套、润滑油进行认真检查，确认合格后方能投入生产。生产过程中应对铝管材内外表面进行检查，发现擦、划伤应及时进行处理。

4.8椭圆

铝管材内圆与外圆圆心不重合为壁厚不均引起，铝管材圆形直径不等，存在长短轴现象为椭圆。椭圆长短轴相差太大，即圆度超差，对要求高精尺寸的用户如气动元件用管是不允许的。

产生椭圆的原因很多，就压延和拉伸而言，主要有：

（1）压延管材。孔型设计和制造存在偏差，孔型轧槽呈椭圆形；轧槽磨损过大，由圆形演变成椭圆；操作时间隙调整不正确，使轧制铝管材呈椭圆状。

（2）拉伸管材。模子定径区失圆，呈椭圆形。模角过大，定径区太短；道次加工率太小，拉伸后易发生变形，产生椭圆。

合理设计，提高工、模具制造精度；加强对工、模具的维修管理；执行正确的操作规程，可提高铝铝管材圆度。

4.9 跳车痕

固定芯头拉伸，芯头与芯杆采用螺纹连接，刚性固定。芯头与管材内表面、模子与管材外表面均发生接触，摩擦面积大，摩擦力大。由于芯头与芯杆属于刚性连接，拉伸相同样受力的作用。拉伸铝管材长度增加时，芯杆随之增长，在自重作用下产生弯曲随之加重，使芯头在模孔中难以固定于正确位置；同时由于芯杆受拉伸力影响，产生的弹性伸长量也增大，从而易引起跳车，形成跳车痕，或称为跳车环、竹节。

减少拉伸铝管材长度，或增加芯杆的刚性，或采用流动芯头拉伸，可消除或减少跳车痕的发生。

4.10表面粗糙

如前所述，冷加工中产生表面粗糙缺陷主要是流动压润滑引起的。道次加工率小，加工中产生的正压力小，可能在金属与工、模具接触的界面上润滑油膜较厚，接触界面的剪切变形在油膜中进行，工、模具的光滑表面对被加工金属的表面起不到压熨作用，从而保留了上道工序的加工表面，或更为恶劣的表面状态，明显出现表面粗糙化的倾向。

提高道次加工率，变流体动压润滑为边界润滑，充分发挥工、模具光滑表面对被加工金属表面的压熨作用，提高表面光洁度，可减轻或避免表面粗糙的产生。

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