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三、冷擠壓技術的發展
冷擠壓技術發展的初期是非常緩慢的,長期以來只對幾種軟金屬(鉛和錫)進行擠壓。直到19紀末20世紀初,才開始擠壓較硬的有色金屬(鋅、鋁、紫銅、黃銅等)至于鋼的擠壓,由于冷擠壓時需要很大的壓力,在當時不能解決擠壓鋼用的模具材料、合適的潤滑劑與大噸位的壓力機等問題,長時間一直認為擠壓鋼是十分困難甚至是不可能的。
1906年,英國人科斯利特(T.W.coslett)發現用磷酸鹽處理鋼件制品是一種較理想的防銹方法,但工序繁多,而經濟效益又差,故未被廣泛采用。不過,這種防銹法的出現卻極大地激發了人們去研究更簡單而有效的新方法的積極性。到后來,用自動連續裝置對鋼毛坯進行磷酸鋅防銹處理只需要兩分鐘。經磷酸鋅處理過的毛坯表面附有脂肪潤滑劑或鈉皂薄膜,且這層薄膜不易脫落,擠壓這種毛坯時,壓力較小。這個發現使人們找到了一種理想的鋼毛坯表面處理法一磷化皂化法。
磷化皂化處理鋼毛坯表面方法的出現使鋼的擠壓成為可能。1934年,德國人采用磷化皂化法成功地冷擠出鋼管。二次世界大戰期間,德國人需要大量彈殼,當時黃銅又供應不足,于是德國人秘密試驗用冷擠壓生產鋼彈殼、后來,采用合金工具鋼作模具材料,用冷擠壓成功地擠出大批量鋼彈殼類零件。
第二次世界大戰以后,美國人竊取了德國人關于鋼的冷擠壓的全部資料,開始在美國用冷擠壓秘密生產軍火,開辦了很多生產鋼彈殼和彈體的軍工廠。
鋼的冷擠壓于1947年才正式用于民用工業。
美國于1949年發表了各種鋼材冷擠壓后機械性能的實驗數據。德國于1950年、1953年先后公布了鋼的冷擠壓的基本技術數據及冷擠壓力和擠壓功的實驗結果。
1957年,日本引進了專用冷擠壓機,開始在精密儀器和儀表中采用冷擠壓技術。日本見這種新技術經濟效益顯著,很快把這種技術用于制造汽車和電氣制件?,F已成為遍及各個工業部門的重要加工手段。
在我國,建國前的冷擠壓加工是十分落后的,當時,僅有少數工廠用鉛、錫等有色金屬擠壓牙膏管或線材、管材一類產品。
建國后,冷擠壓技術得到了發展。50十年代開始了鋁、銅及其合金的冷擠壓;60年代黑色金屬冷擠壓已應用于生產。十年浩劫,極大地影響了冷擠壓技術的發展。1978年以后,在“獨立自主,自力更生”的偉大方針指引下,冷擠壓技術得到了迅速發展。近幾年來,隨著改革開放政策的進展,隨著工業生產及科學技術的蓬勃發展,冷擠壓技術也得到了迅猛發展。
70年代末,國內不少高等學校、研究所和工廠開展了冷擠壓技術的實驗研究,發表了大量的有價值的論文,初步形成了一支研究和應用冷擠壓技術的隊伍。
目前,我國已能對鉛、錫,鋁、銅、鋅及其合金、低碳鋼、中碳鋼、工具鋼、低合金鋼與不銹鋼等金屬進行冷擠壓,甚至對軸承鋼、高碳高鋁合金工具鋼、高速鋼等也可以進行一定變形量的冷擠壓。制造的冷擠壓件是各種各樣的,重可達30公斤,輕只有1克。在模具材料使用方面,除了用高速鋼、軸承鋼、高碳高鉻合金工具鋼外,還采用了不少新型模具鋼如CG2、65Nb、LD等。在擠壓工藝參數選擇和模具結構設計方面,初步采用了優化設計及計算機輔助設計與制造(即CAD/CAM),使模具結構更合理、擠壓工藝參數更接近于實際。在擠壓設備方面,我國已具備設計和制造各級噸位擠壓壓力機的能力。除采用通用機械壓力機、液壓機、冷擠壓力機外,還成功地采用摩擦壓力機與高速高能設備進行冷擠壓生產。
科學的發展,對冷擠壓技術產生了重大影響,具體地說就是計算機在工藝分析、模具設計、制造及工藝過程控制中的應用對冷擠壓技術產生的影響。我國將進一步發展應用這門新技術。發展冷擠壓技術主要應從以下幾方面著手:
1.擴大冷擠壓技術的應用范圍,在一定范圍內,逐步代替鑄、鍛、拉深及切削加工;
2.提高冷擠壓制件的精度和表面質量,生產出幾何形狀更復雜的制件;
3.擴大冷擠壓用的原材料種類,研究更理想的表面處理與潤滑方法;
4.進一步使用CAD/CAM和優化設計,提高和加快模具設計與制造,研制出更合理的模具結構;
5.尋找更適合于冷擠壓用的模具材料及其熱處理方法,以延長模具的使用壽命;
6.進一步發展溫熱擠壓、等溫擠壓、靜液擠壓及高速擠壓等新工藝技術的研究和應用;
7.研制適合于冷擠壓的多功能的冷擠壓機,使毛坯和制件能自動地進料與出件,以便進一步提高生產率
如何控制結構管的分層
從機理看,一般認為管坯中的非金屬夾雜物會破壞45#結構鋼管的連續性和致密性,嚴重的夾雜甚至在45#結構鋼管內部產生分層現象。另一種認為是氫致裂紋,即由于鋼中氫聚集造成金屬內部氣體分壓過高,在圓管坯內形成白點,在軋制過程中裂紋發生擴展,終形成分層缺陷。此外,二輥斜軋穿孔的不均勻變形產生的應力超過塑性強度也會造成分層。
在冶煉控制嚴格的情況下,多出現第三種情況,其控制措施為:
1、提高45#結構鋼管的塑韌性
提高鋼水的潔凈度,減少有害夾雜;增加連鑄坯等軸晶比例,減少中心偏析和中心疏松;采用合理的冷卻制度,避免鑄坯內部出現內裂紋;對下線鑄坯或連軋坯采取緩冷工藝,減少內部應力,從而保證管坯和成品45#結構鋼管的組織和力學性能滿足技術標準要求。
2、合理控制加熱溫度
通過測定熱塑性曲線,選擇佳的加熱溫度。管坯加熱還要注意有足夠的保溫時間,以降低變形抗力和提高45#結構鋼管塑韌性。
3、降低軋輥轉速
軋輥轉速是穿孔工藝的關鍵參數,軋輥轉速由低向高變化過程中,存在一個開始出現分層的臨界軋輥轉速。軋輥轉速較低時,管坯容易形成孔腔;軋輥轉速較高時,管坯和45#結構鋼管容易形成分層缺陷。為了管坯和45#結構鋼管分層缺陷,應把軋輥轉速降低到開始出現分層的臨界軋輥轉速以下
20G鋼管是GB/5310國標鋼號(國外對應牌號:德國st45.8、日本STB42、美國SA106B),為常用鍋爐鋼管用鋼,化學成分和力學性能與20板材基本相同。該鋼有一定常溫和中高溫強度,含碳量較低,有較佳塑性和韌性,其冷熱成型和焊接性能良好。1性能
20G鋼管主要用于制造高壓和更高參數鍋爐管件,低溫段過熱器、再熱器,省煤器及水冷壁等;如小口徑管做壁溫≤500℃受熱面管子、以及水冷壁管、省煤器管等,大口徑管做壁溫≤450℃蒸汽管道、集箱(省煤器、水冷壁、低溫過熱器和再熱器聯箱),介質溫度≤450℃管路附件等。由于碳鋼在450℃以上長期運行將產生石墨化,因此作為受熱面管子長期高使用溫度好限制到450℃以下。該鋼在這一溫度范圍,其強度能滿足過熱器和蒸汽管道要求、且具有良好抗氧化性能,塑性韌性、焊接性能等冷熱加工性能均很好,應用較廣。此鋼在伊朗爐(指單臺)上所使用部位為下水引入管(數量為28噸)、汽水引入管(20噸)、蒸汽連接管(26噸)、省煤器集箱(8噸)、減溫水系統(5噸),其余作為扁鋼、吊桿材料使用(約86噸)。
2用途
20G鋼管(Seamless Steel Tube)是一種具有中空截面、周邊沒有接縫的長條鋼材。鋼管具有中空截面,大量用作輸送流體的管道,如輸送石油、天然氣、煤氣、水及某些固體物料的管道等。鋼管與圓鋼等實心鋼材相比,在抗彎抗扭強度相同時,重量較輕,是一種經濟截面鋼材,廣泛用于制造結構件和機械零件,如石油鉆桿、汽車傳動軸、自行車架以及建筑施工中用的鋼腳手架等。用鋼管制造環形零件,可提高材料利用率,簡化制造工序,節約材料和加工工時,如滾動軸承套圈、千斤頂套等,目前已廣泛用鋼管來制造。鋼管還是各種常規武器不可缺少的材料,槍管、炮筒等都要鋼管來制造。鋼管按橫截面積形狀的不同可分為圓管和異型管。由于在周長相等的條件下,圓面積大,用圓形管可以輸送更多的流體。此外,圓環截面在承受內部或外部徑向壓力時,受力較均勻,因此,絕大多數鋼管是圓管。
但是,圓管也有一定的局限性,如在受平面彎曲的條件下,圓管就不如方、矩形管抗彎強度大,一些農機具骨架、鋼木家具等就常用方、矩形管。根據不同用途還需有其他截面形狀的異型鋼管。
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