一般来说,制定金属材料工艺的目的,在于以最经济的生产工艺,加工出满足要求的产品。


  就产品而言,产品包括原材料和零部件及设备。以金属材料为例,生产不锈钢板、不锈钢管、不锈钢丝等原材料的,为原材料生产,原材料生产需要有正确、合理的生产工艺;如以板、管、丝为原材料,加工出用户所需的制品、零部件及设备,就为材料加工。材料加工也需要有正确、合理的加工工艺。而正确、合理的加工工艺是要依据材料的工艺性能来制定的。


  不锈钢的各种工艺性能会因钢种的不同而不同,如奥氏体不锈钢铁素体不锈钢的成形性能就截然不同。在深冲过程中奥氏体不锈钢的最佳冲压变形率为40%~60%,而铁素体不锈钢的最佳冲压变形率仅为20%~30%。通过对不锈钢材料进行杯突试验,对所制定的冲压工艺进行评定,进而达到制定正确合理的加工工艺,指导加工生产,获得优质、经济的产品。



一、工艺性能试验方法


 对不锈钢的加工工艺进行评价的主要有以下试验方法:


  ①. 拉伸试验,用于评价材料塑性、韧性,可以确定其塑性成形性能;


  ②. 弯曲试验,是检验金属(及覆盖层)的耐反复弯曲能力并显示其缺陷的试验;


  ③. 杯突试验,是检验金属材料冲压性能的一种方法;


  ④. 冲击试验,是检验金属材料冲击韧性的一种方法。


 以焊接为例说明金属材料对焊接加工的适应性,它包括下面两个方面。


 1. 对工艺焊接性方面的分析


  焊接工艺评定,主要考察金属材料在一定工艺条件下(主要指用某种焊接方法)焊接时产生焊接缺陷(问题)的倾向性和严重性。在各种焊接工艺缺陷中裂纹的危害性最大,产生的原因多而复杂,故分析的重点放在金属材料的抗裂性能上。


 2. 对使用焊接性方面的分析


  焊接工艺评定,主要考察金属材料在给定的焊接工艺条件下,焊成的接头或整个焊接结构是否满足使用性能的要求,如强度、塑性、韧度、疲劳、蠕变、耐蚀或耐磨等性能。若按等性能原则设计焊接接头,则以母材的性能为依据,分别考察焊缝金属和焊接热影响区在焊接热作用下可能引起哪些不利于使用性能的变化。


  已经建立焊接连续冷却组织转变图(即CCT图)的金属材料,可以利用该图来预测或判断焊缝和热影响区的组织和性能的变化。


  焊接接头力学性能工艺试验一般选用拉伸试验、弯曲试验、冲击韧性试验和硬度试验等。


   ①. 拉伸试验


     主要目的是测定焊缝或焊接接头的强度(抗拉强度、屈服点)和塑性(伸长率、断面收缩率),并且可以发现断口上的某些缺陷,如夹杂物、未焊透或白点等。


   ②. 焊接接头弯曲试验


     弯曲试验的试样分为平板和管子两种,试验方法分为焊接接头弯曲及压扁试验。焊接接头弯曲试验目的是评定焊接接头的塑性和致密性,同时可反映出焊接接头各区域的塑性差别、暴露焊接缺陷和考核熔合区的质量。弯曲试验分面弯、背弯和侧弯三种。弯曲试验时弯轴直径d应根据技术条件规定,试样弯曲部位出现裂纹时立即卸载取下试样测定弯曲角。也可将试样弯至规定弯曲角度后检查有无裂纹,以评定接头区域的塑性。


   ③. 冲击试验


     用于测定焊接接头的冲击韧度和缺口敏感性,是评定材料断裂韧度和冷作时效敏感性的指标之一。冲击试验的试样分为U形缺口和V形缺口两种,在同种材料和试验条件下,V形缺口试样的冲击吸收功(Akv)比U形缺口试样的冲击吸收功(Aku)低。不同缺口型式试样的冲击韧度值或冲击吸收功不能相互换算。焊接中常用V形缺口冲击试验。



二、拉伸试验


  拉伸试验是指在承受轴向拉伸载荷下测定材料特性的试验方法。利用拉伸试验得到的数据可以确定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其他拉伸性能指标。从高温下进行的拉伸试验可以得到蠕变数据。金属拉伸试验的步骤可参见ASTME-8标准。塑料拉伸试验的方法参见ASTM D-638标准、D-2289标准(高应变率)和D-882标准(薄片材)。ASTM D-2343标准规定了适用于玻璃纤维的拉伸试验方法;ASTMD-897标准中规定了适用于黏结剂的拉伸试验方法;ASTMD-412标准中规定了硬橡胶的拉伸试验方法。



三、金属弯曲试验


  测定材料承受弯曲载荷时的力学特性的试验,是材料机械性能试验的基本方法之一。弯曲试验主要用于测定脆性和低塑性材料(如铸铁、高碳钢、工具钢等)的抗弯强度并能反映塑性指标的挠度。弯曲试验还可用来检查材料的表面质量。弯曲试验在万能材料机上进行,有三点弯曲和四点弯曲两种加载荷方式。试样的截面有圆形和矩形,试验时的跨距一般为直径的10倍。对于脆性材料弯曲试验一般只产生少量的塑性变形即可破坏,而对于塑性材料则不能测出弯曲断裂强度,但可检验其延展性和均匀性展性和均匀性。塑性材料的弯曲试验称为冷弯试验。试验时将试样加载,使其弯曲到一定程度,观察试样表面有无裂缝。


  用规定尺寸弯心将试样弯曲至规定程度,检验金属承受弯曲塑性变形的能力并显示其缺陷的试验。


 1. 冷弯试验


  用来检验金属材料冷弯性能的一种方法,即将材料试样围绕具有一定直径的弯心弯到一定的角度或不带弯心弯到两面接触.(即弯曲180°,弯心直径d为0)后检查弯曲处附近的塑性变形情况,看是否有裂纹等缺陷存在,以判定材料是否合格,弯心直径d可等于试样厚度d的一半、相等,2倍、3倍等。弯曲角度可为90°、120°、180°。


 2. 金属反复弯曲试验


  将试样一端夹紧,在规定半径的圆柱形表面上进行90°的重复反向弯曲,检验金属(及覆盖层)的耐反复弯曲能力并显示其缺陷的试验。



四、杯突试验


  杯突试验是金属材料深冲性能的一种试验方法,用来衡量检验金属材料的冲压性能。又称埃里克森试验(Erichsen Test)或埃氏杯突试验,是薄板成形性试验中最古老、最普及的一种。


  按照国家标准,试验采用端部为球形的冲头,将夹紧的试样压入压模内,直至出现穿透裂缝为止,所测量的杯突深度即为试验结果。这种试验通常是在杯突试验机上进行。试样在做过杯突试验后就像只冲压成的杯子(不过是只破裂的杯子)。钢板深冲性能不好的话,冲压件在制作过程中就很容易开裂。


  试验时,用球头凸模把周边被凹模与压边圈压住的金属薄板顶入凹模,形成半球鼓包直至鼓包顶部出现裂纹为止。如图5-14所示,试验用的硬钢球或半球凸模1,将金属板料4压入内径27mm、圆角半径0.75mm的凹模2中,板料边缘在凹模2和压边圈3之间压紧。为防止边缘金属向凹模内流动,板料尺寸应足够大。试验时,金属板料被凸模顶成半球鼓包。取鼓包顶部产生颈缩或有裂纹出现时的凸模压入深度作为试验指标,称为杯突值或I值,单位为mm。决定试验指标的依据是最大载荷。当不能确定最大载荷时,可以采用可见(透光)裂纹发生时凸模压入深度作为指标。但用可见裂纹法测定的数值比最大载荷法测定的数值要大0.3~0.5mm。


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  其过程是,用规定的钢球或球形冲头顶压在压模内的试样,直至试样产生第一个裂纹为止,此时的顶压深度,即为杯突深度。其深度小于规定值者为合格。


  用球形冲头将夹紧的金属板或带状试样压入规定尺寸的冲模中直至出现穿透裂缝,测量杯突深度值的试验。图5-14为杯突试验示意图。


  压边力:杯突试验中压紧装置作用于试样上的垂直压力。


  杯突值:杯突试验中裂缝开始穿透试验厚度(透光)时冲头的压入深度。