热挤压不锈钢管坯料在穿孔前和挤压前坯料加热的温度应选择在材料的最高塑性温度范围之内,可按“塑性一温度关系图表”来确定。材料的塑性图表一般是在实验的条件下,采用加热至不同温度的试样进行的力学试验的基础上绘制而成的。这些力学试验包括高温拉伸试验、热扭转试验、热顶锻试验,以及模拟各种压力加工方法的坯料在受力条件下的试验设备上进行的高温试样的轧制、挤压、拉伸等试验。


  图2-6所示为材料进行热扭转试验时的塑性图。试验条件:试样直径8.5mm,试样工作部分的长度40mm;试验时试样的扭拧转速130r/min;相应的变形速度(挤压速度)10~20mm/s。


图 2-6.jpg


  图2-6中阴影部分所示为321不锈钢材料的最高塑性温度范围。在此温度范围内进行材料的热加工时,材料的塑性最高,变形抗力最低。


 最适合于挤压工艺条件下确定材料“塑性一温度关系图表”的试验方法,是在专用的液压试验挤压机上,采用圆锥形芯棒进行挤压试验的方法。试验时,根据试样材料的变形抗力,按规定的纯挤压时间或规定的试样挤压长度上,停止挤压过程,可得到不同厚度的压余,从而可测量出挤出试样不锈钢管后端的不同截面上的壁厚,并可以计算出挤出的试样管在最小壁厚时的延伸系数,即为达到的延伸系数。


 沿挤出试样管的轴线方向解剖不锈钢管,清除润滑剂,检查钢管内外表面质量情况,确定钢管金属连续性开始遭到破坏的位置的试样长度,并计算出相应长度位置截面上的延伸系数,此为材料开始破坏时的临界延伸系数,即材料在该温度速度条件下的临界变形量。小于临界变形量以及相应变形抗力较低的温度区间,即为材料挤压加工的温度范围。


 俄罗斯全苏管材科学研究所在5MN液压试验挤压机上装置采用圆锥形芯棒挤压管材的专用工具,可以保证在同一支试验钢管上的延伸系数在 6~85 的范围内变化。试验时挤压筒内衬的直径为85mm,挤压模模孔的直径为39mm,锥形芯棒和挤压坯料的尺寸如图2-7所示。


图 2-7 挤压图锥形管用的芯棒和坯料尺寸.jpg


 在图2-7所示的挤压工模具配置的条件下,挤压时作用于坯料金属上的挤压力可以达到11MPa。


在挤压有壁厚变化的试样管时,每个时刻的延伸系数计算后,得到所挤压出钢管的长度 Lt 与锥形芯棒的半径 rz 的关系如下:


式 2-6.jpg


 通过挤压和研究具有变化壁厚的不锈钢管,可以建立起临界延伸系数与坯料加热温度的关系图表,确定最佳塑性温度范围和在该温度允许的变形量。


 在进行具有变化壁厚不锈钢管的挤压试验时,芯棒尺寸的确定应考虑到在挤压时能够得到亚临界、临界和超临界变形程度的钢管。因为挤压时不锈钢管金属连续性的破坏,只有在临界和超临界变形程度的条件下才会发生。即在采用圆锥形芯棒挤压钢管时,金属完整性的破坏只是在当材料的塑性非常低的情况下出现。


 如对于变形的321不锈钢坯料,在一定的温度下,当延伸系数达到35~50时,也未出现完整性遭到破坏的现象。因此,采用圆锥形芯棒进行挤压试验,确定材料“塑性一温度关系图表”的方法,特别适合于高合金等低塑性、难变形的材料。


图 2-8 锥形芯棒挤压钢管时确定延伸系数用曲线.jpg


图2-8所示为挤压有变化壁厚的不锈钢管时,计算指定时刻的延伸系数,得到的所挤出钢管的长度L,与锥形芯棒相应的半径r,及其与延伸系数λ 的关系。图 2-8 可用于确定延伸系数。