冷锻的常见缺陷-材料的破坏、失稳变形及折叠

材料的破坏

材料在室温中因压缩应力而变形时,应变若大到某种程度,则丧失延性而在最大剪应力方向产生破裂,此种破裂因加工样式而异,有的是贯穿全断面,材料分割成数片,图 1(a)显示了较脆材料在蹾粗时发生的剪断破坏情况。

冷锻的常见缺陷-材料的破坏、失稳变形及折叠

图 1 压应力导致的材料破裂图

就连延性好的金属在压缩应力小的变形加工中,例如开放型模等非约束性成形时,也会因施加大压缩应变而破坏。变形不均一的材料中,特别是剪应变较大之处(例如变形死区面上)(图 1(b)也会产生此种破坏。

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图2 表面拉应力导致的破裂

在压缩加工中也有些部位会产生拉应力,进 而由此拉应力导致破坏,比 如在图 2 的镦粗加工中,前述的端面摩擦会使侧面鼓起,压缩力在侧面上沿表面而作用,所以作用于侧面材料要素上的力为了求得平衡,因而产生圆周方向的拉应力,从而在图示的拉应力方向常可看到垂直的拉伸破坏。在压缩应力之下加工时所产生的拉应力称为二次性拉应力,材料中大量不纯物或加工硬化而变脆时、材料的 2 个或3 个方向都是拉应力作用时等等情形特别容易产生此种破裂。材料的失稳变形及折叠

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图 3 镦粗时材料的压缩失稳

当与断面尺寸相比长度较长的材料被压缩时,在 成形途中的某个阶段会引起图 3 之类的塑性失稳,材料的加工硬化指数越高,在不发生失稳的情况下被压缩的长度就越长。由于材料表面折入而在内部造成(裂纹性)缺陷的现象称为折叠,发生的原因有图4(a)所示直接把发生失稳的材料蹾粗、或如图 4(b)所示因成形工艺不合适所致,此缺陷衍生的应力集中可能在其后的加工或热处理时产生破坏。

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