輥彎成型異型管角部硬度變形規(guī)律的研究

供稿|陳 斌, 蔣道頂/CHEN Bin, JIANG Dao-ding

由圓管加工成方矩形管的工藝為輥式冷彎成型，輥式冷彎成型的主要變形方式為橫向彎曲變形，而彎曲最大的部位是方矩形管的角部。為此，對(duì)使用Q235焊管為原材料冷彎成型的各種規(guī)格方矩形管進(jìn)行多次試驗(yàn)，利用硬度儀對(duì)方矩形管產(chǎn)品的內(nèi)外角進(jìn)行硬度分析。從分析結(jié)果可知，角部主要變形為彎曲變形，附加變形為縱向拉伸變形、扭曲變形等。

試驗(yàn)條件

試驗(yàn)中所用設(shè)備如圖1所示。采用試樣材質(zhì)為Q235焊管，試樣焊管長度6 m，成型方式是冷彎成型，成型速度5 m/min。

圖1 輥彎成型方式

試驗(yàn)?zāi)康?/h2>

采用同一鋼種、不同批次、不同外徑尺寸的材料制成不相同成品的方矩形管及異型管，對(duì)加工后平直段和角部成型后的硬度進(jìn)行測(cè)試比較。

試驗(yàn)結(jié)果和分析

加工后不同位置的維氏硬度比較

取1個(gè)矩形管為試樣，分別在角部、平直段取樣品，如圖2所示。做維氏硬度測(cè)量，其結(jié)果如圖3、4所示。

圖2 矩形管取樣位置

圖3 角部1#樣件周向硬度分布圖

圖4 平直段2#樣件周向硬度分布圖

原料焊接圓管的硬度分布如圖5。

圖5 圓管焊接外部周向硬度分布

試驗(yàn)圖表數(shù)據(jù)分析結(jié)果

比較1#、2#試樣的維氏硬度，1#試樣的維氏硬度值高于2#試樣。主要是因?yàn)?#試樣在變形過程中有彎曲部分，變形量較2#試樣大，由于加工硬化作用使1#試樣的維氏硬度值高于2#試樣，且在1#、2#試樣中，維氏硬度值HV內(nèi)> HV外> HV中。就1#、2#試樣相比，2#試樣的硬度分布均勻，1#試樣硬度外層起伏較大，這主要是因?yàn)?#試樣是角部，變形量大，內(nèi)外層表面應(yīng)力狀態(tài)不同，外表面為拉應(yīng)力，內(nèi)表面為壓應(yīng)力。內(nèi)層二向壓應(yīng)力使微觀晶粒組織變的細(xì)小致密，由于晶粒細(xì)化作用則內(nèi)層硬度最高；在外層受兩向拉應(yīng)力，使之微觀結(jié)構(gòu)變得細(xì)長，內(nèi)應(yīng)力增加，硬度也較高；而中部由于是冷彎生產(chǎn)，只有最外層軋輥施力使之變形，因此彎曲變形作用一般滲透不到中層，故硬度較低。從斷面上看，內(nèi)層、中層、外層變形不均，硬度呈現(xiàn)內(nèi)層高，外層次之，中層最小的現(xiàn)象。

就成品與原材料相比，原材料硬度分布均勻，成品硬度分布不均勻且硬度值較高，同樣還是由于加工硬化，金屬流動(dòng)不均性造成的。其平均的硬度差值，內(nèi)表層HV成品-HV原材料=158，外表層HV成品-HV原材料=90，中心層外表層HV成品-V原材料=52。

對(duì)于復(fù)雜截面的異型管，如圖6所示，角部硬度分布情況見圖7、8、9、10和表3、4。

圖6 復(fù)雜截面異型管試樣

表3 圖6中1#試樣周向及徑向硬度分布表

圖7 1#件周向硬度分布圖

表4 圖6中2#樣周向及徑向硬度分布表

圖8 2#件周向硬度分布圖

圖9 1#件徑向硬度分布

圖10 2#徑向硬度分布

由以上圖表可見，變形大的異型管較普通的方矩型管硬度分布規(guī)律性不明顯。1#樣件其角部近90°變形量較2#樣件小，其規(guī)律較明顯，周向硬度排布為：內(nèi)層硬度>外層硬度>中心層硬度。而變形量較大的2#樣件它的周向硬度分布較雜亂，總的趨勢(shì)為：內(nèi)層硬度>外層硬度>中心層硬度。其間各層間硬度大小有交叉現(xiàn)象，主要是因?yàn)樽冃瘟窟^大，金屬流動(dòng)不均勻[2][3]。

從圖中曲線可看出，在每一條曲線上都有內(nèi)、中、外層的點(diǎn)，曲線的起伏也就可見三層硬度大小的不同。該曲線圖反映的規(guī)律同周向硬度分布情況一樣：一般為內(nèi)層硬度最高，外層次之，中心層最小。1#樣件反映的該規(guī)律較明顯，2#樣件稍有區(qū)別之處即左端一條經(jīng)向曲線表現(xiàn)得中心層處硬度不是最小的，這主要是2#樣件是異型管中小角部，它的變形量最大，因此徑向中心層也能滲透到內(nèi)外層的變形，也有一定的硬化作用，硬度提高。而且變形量次之則反映的規(guī)律正常。

結(jié)束語

根據(jù)以上的結(jié)果歸納主要變形規(guī)律：角部的硬度普遍高于平直部，且試件內(nèi)層硬度最高，外層次之，中性層的硬度最低。但對(duì)于異型管有時(shí)中性層硬度并不比外層低，這是因?yàn)樽冃瘟看?，金屬流?dòng)不均勻的緣故。

[1] 王先進(jìn). 冷彎型鋼生產(chǎn)及應(yīng)用 1版. 北京: 北京冶金工業(yè)出版社,1994

[2] 劉繼英, Albert Sedlmaier. 異型鋼管成型的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì). 焊管,2008,31(2):53-55

[3] 李國忠, 王長春, 鄭冬蜜. 冷彎型鋼變形特征分析及實(shí)驗(yàn)測(cè)定. 江蘇冶金, 1990,(6):2-6