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冷拔無縫鋼管的力學性能及抗拉強度

2018-08-31   來源:   點擊數:223次 選擇視力保護色: 杏仁黃 秋葉褐 胭脂紅 芥末綠 天藍 雪青 灰 銀河白(默認色)   合適字體大小:
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   中國無縫管網據新聞報道:鈦合金作為一種先進的輕量化結構材料,具有優異的綜合性能,其密度小、比強度高、疲勞強度和抗裂紋擴展能力好,抗蝕性能優異,焊接性能良好等,因此在航空、航天、汽車、造船、能源等行業具有日益廣闊的應用前景。TC4鈦合金是目前應用最廣泛的鈦合金之一。目前,市場上TC4鈦合金軋制產品主要是以溫軋為主,即在軋管機上安裝感應加熱裝置,一般溫度控制在再結晶溫度以下100℃左右,因而造成加工設備復雜、工藝復雜、生產成本高。采用傳統的熱擠壓方式生產中、高強度鈦合金厚壁管,性能難以達到使用要求。如能解決冷軋成型過程中的一些關鍵技術問題,采用直接冷軋成型工藝生產高強度鈦合金管材,不僅大大降低生產成本,同時可滿足對鈦合金高性能應用場合的要求。為提高TC4合金的塑性變形能力,冷軋前需對TC4合金進行熱處理,熱處理可改變合金的組織形態,使其具有良好的伸長率,從而提高其塑性變形能力。本文將對TC4管材冷軋前的熱處理工藝進行探索。通過研究材料經不同溫度熱處理后的顯微組織和力學性能的變化,制定管材冷軋前最佳的熱處理方案。
  
  實驗所用原材料為Φ48mm×5mm的TC4管坯。因為TC4合金高溫下易氧化,且鈦合金在高溫下極易吸氫造成氫脆。本實驗在WZS-6000型真空熱處理爐中進行真空退火處理,退火溫度分別為800、860和920℃,保溫時間均為1h,冷卻方法為爐冷至500℃空冷至室溫。對原始材料和退火后的管材進行顯微組織觀察和性能測試。
  
  中國無縫管網據新聞報道:隨加熱溫度的升高,TC4管材的硬度呈先降低后上升的趨勢,在860℃達到最低。TC4管材的強度隨加熱溫度的升高呈波動變化,在920℃達到最低點。TC4管材的伸長率隨加熱溫度的升高先升高后降低,在860℃達到最高。
  
  試樣在拉伸過程中,在拉斷時所承受的最大力(Fb),兩種工藝流程概述
  
  熱軋(擠壓無縫鋼管):圓管坯→加熱→穿孔→三輥斜軋、連軋或擠壓→脫管→定徑(或減徑)→冷卻→坯管→矯直→水壓試驗(或探傷)→標記→入庫。
  
  冷拔(軋)無縫鋼管:圓圓管坯→加熱→穿孔→打頭→退火→酸洗→涂油(鍍銅)→多道次冷拔(冷軋)→坯管→熱處理→矯直→水壓試驗(探傷)→標記→入庫。除以試樣原橫截面積(So)所得的應力(σ),稱為抗拉強度(σb),單位為N/mm2(MPa)。它表示金屬材料在拉力作用下抵抗破壞的最大能力。計算公式為: 長沙鋼管
  
  式中:Fb--試樣拉斷時所承受的最大力,N(牛頓); So--試樣原始橫截面積,mm2。
  
  ②冷拔無縫鋼管屈服點(σs)
  
  具有屈服現象的金屬材料,試樣在拉伸過程中力不增加(保持恒定)仍能繼續伸長時的應力,稱屈服點。若力發生下降時,則應區分上、下屈服點。屈服點的單位為N/mm2(MPa)。
  
  上屈服點(σsu):試樣發生屈服而力首次下降前的最大應力; 下屈服點(σsl):當不計初始瞬時效應時,屈服階段中的最小應力。
  
    屈服點的計算公式為:
  
  式中:S0--試樣原始橫截面積,mm2; S1--試樣拉斷后縮徑處的最少橫截面積,mm2。
  
  式中:Fs--試樣拉伸過程中屈服力(恆定),N(牛頓)So--試樣原始橫截面積,mm2。
  
  ③冷拔無縫鋼管斷後伸長率(σ)
  
  中國無縫管網據新聞報道:在拉伸試驗中,試樣拉斷後其標距所增加的長度與原標距長度的百分比,稱為伸長率。以σ表示,單位為%。計算公式為:
  
  式中:L1--試樣拉斷後的標距長度,mm; L0--試樣原始標距長度,mm。
  
  ④冷拔鋼管斷面收縮率(ψ)
  
  在拉伸試驗中,試樣拉斷後其縮徑處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比,稱為斷面收縮率。以ψ表示,單位為%。計算公式如下:
  
  ⑤冷拔無縫鋼管硬度指標   金屬材料抵抗硬的物體壓陷表面的能力,稱為硬度。根據試驗方法和適用范圍不同,硬度又可分為布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度、肖氏硬度、顯微硬度和高溫硬度等。對于管材一般常用的有布氏、洛氏、維氏硬度三種
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