不锈钢拉伸过程中常见问题分析及解决措施

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不锈钢的伸长率小，弹性模量E大，加工硬化指数高，厚度各向异性指数r很小(不锈钢为0.9～0.11，低碳钢为1.3～2.0)。不锈钢从屈服到破裂的塑性变形阶段短，特别是其塑性应变比加权值R大。不锈钢板拉伸开裂有时发生在深拉后，有时在拉深件从模具中拉出时立即发生；有时在拉伸后受到冲击或振动时发生；有时在拉伸后存放一段时间或使用过程中发生。分析了不锈钢板在拉伸过程中产生缺陷的原因，并提出了解决办法。

不锈钢拉伸过程中常见问题分析

1 开裂原因

奥氏体不锈钢具有较高的冷作硬化指数（不锈钢为0.34）。奥氏体不锈钢是亚稳态的，在变形过程中会发生相变，从而产生马氏体相。马氏体相很脆，因此容易开裂。

在塑性变形时，随着变形量的增加，诱发马氏体含量也会增加，残余应力也会增大。

图1 残余应力与马氏体含量关系

诱发马氏体相含量越高，引起的残余应力越大，加工时越容易开裂。

2 表面划痕的原因

不锈钢拉伸件表面划伤主要是由于工件与模具表面存在相对运动而产生的，在一定的压力作用下，毛坯与模具局部表面直接发生摩擦，再加上毛坯的变形热，使毛坯和金属切屑熔化在模具表面，造成工件表面划伤。

不锈钢常见成形缺陷的预防措施

1.选择合适的不锈钢材料

奥氏体不锈钢中常用材料有1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9Ti，其力学性能如表1所示。

表1 奥氏体不锈钢力学性能

在拉拔过程中，1Cr18Ni9Ti比0Cr18Ni9Ti更稳定，抗裂性能更好，因此应尽可能选用1Cr18Ni9Ti材料。

2、合理选择模具材料

不锈钢在深冲过程中会明显硬化，产生许多硬质金属点，造成粘附，使工件和模具表面容易划伤和磨损。因此不能使用一般的模具工具钢。

实践证明，选用铜基合金模具，可消除不锈钢件表面的划痕、擦伤，降低破损率。另一种材料是高铝铜基合金模具材料(含铝13wt%～16wt%)。这种材料与SUS304不锈钢溶解度小，不粘附于深拉件和模具，不易划伤深拉件表面，产品抛光成本低，在不锈钢深拉领域已得到成功应用。但由于这种模具硬度较低(40HRC～45HRC)，常用于生产厚度t/D较小的产品，一般在拉深1500～2000件后，模具表面易产生以圆角R为起点的径向深拉棱。 氮化硅陶瓷（Si3N4）已成为一种重要的工程材料，特别是反应烧结氮化硅陶瓷，具有良好的高低温力学性能、抗热震性和化学稳定性，可以很容易地制成形状复杂的零件。陶瓷材料的高硬度、高耐磨性和高化学稳定性，可用反应烧结氮化硅模具代替金属模具来拉拔SUS304不锈钢。

3.选择合理的凸凹模圆角半径

模具圆角与应力的大小及分布有很大关系。圆角半径过大，压边圈压紧面积不足，容易失稳而起皱；圆角过小，材料在变形过程中进入模具的阻力增大，材料不易向内流动和传递，从而使传力区的最大拉应力增大，容易导致开裂。因此，选择合理的圆角半径对凸凹模至关重要。

图2 冲头相对圆角半径rp/t与极限拉拔力f的关系

凸模相对圆角半径rp/t与极限拉深力f的关系如图2所示，凹模相对圆角半径rd/t与圆筒形件拉深系数m的关系如图3所示。从图2可以看出，当凸模相对圆角半径rp/t约等于4时，最有利于防止开裂。从图3可以看出，随着凹模和凸模相对圆角半径的增大，极限变形程度会增大，凹模相对圆角半径为5mm～8mm时，有利于防止开裂。

图3 模具相对圆角半径rd/t与极限系数m的关系

4. 减薄深拉

前人也通过试验证明，采用减薄拉伸可以明显降低拉深件切向残余应力的最大值，从而可以有效防止纵向开裂的产生。根据不同的变形程度和原始板料厚度，选取合适的减薄系数Ψn（一般为0.9t~0.95t）。若Ψn值过小，变形应力会急剧增加，导致拉深件底部破裂。

5.在深拉伸工序中增加中间退火工序

多次深拉后，应进行一次中间退火工序，以彻底消除残余应力，恢复奥氏体不锈钢的组织。对于高硬度不锈钢，一般在1～2道拉伸工序后需进行中间退火。例如1Cr18Ni9Ti，加热温度通常为1150℃～1170℃，加热时间为30min，在空气流或水中冷却。另外，无论是工序间热处理还是最终产品热处理，都应在拉伸后尽快进行，避免工件因长期存放而产生内应力而变形或开裂。但退火后进行退火及清理，会增加生产周期，影响表面质量。

6.使用合适的润滑剂

采用合适的润滑剂对不锈钢的拉伸有显著的影响，润滑剂能在阳模与阴模之间形成一层具有一定韧性和伸长率的薄膜，有利于不锈钢的深拉伸。

对于拉伸变形较大、成型较难的不锈钢拉伸件，实际生产中可以采用聚氟乙烯薄膜作为润滑剂。聚氟乙烯薄膜具有优良的撕裂强度，一定的韧性和伸长率，且容易清洗。关注微信公众号，冲压助剂涂上干膜后，在拉伸过程中干膜可以随坯料变形，并能始终将坯料与模具分开。另外，薄膜本身具有一定的孔隙率，存在大量的纤维裂纹，因此也能储存一定的润滑油，所以薄膜相当于一层干膜润滑剂。这种润滑方式可以有效地将变形的不锈钢板与模具表面隔离，润滑效果好，有利于提高模具的使用寿命和产品的合格率。

7 其他预防措施

不锈钢拉伸过程中还可采取以下预防措施：

（1）由于白口铸铁储油性能好，容易形成润滑油膜，因此压边圈的材料可以采用白口铸铁；

（2）采用锥形压边圈；

（3）边缘必须光滑，无微裂纹或缺口。

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