20号钢板塑性成形工艺与组织性能分析

20号钢板塑性成形工艺与组织性能分析

本实验是为了增强本科生的动手能力而设置的金属塑性成形综合实验。轧制过程是靠旋转的轧辊及轧件之间形成的摩擦力将轧件拖进轧辊缝之间并使之产生压缩，发生塑性变形过程，通过本实验大学生对塑性成形工艺及组织性能均会有较深刻的感性认识。

实验一、20号钢板轧制实验

一、 实验目的

1. 掌握轧机工作原理及设备操作过程。

2. 学会高温电阻炉，球磨机，压片机等陶瓷常规成型设备的正确使用。 二、 实验原理

金属通过两个旋转方向相反的轧辊时，在轧辊压力作用下，使金属产生塑性变形。从而改变其断面的形状和尺寸，这种工艺过程称为轧制，被轧制的金属称为轧件。轧制按轧制时的温度不同，分为冷轧和热轧。在金属再结晶温度以下进行轧制叫冷轧，在金属再结晶温度以上轧制叫热轧。在轧制过程中轧件在高度方向受到压缩的金属，一部分纵向流动，使轧件形成延伸，而另一部分金属横向流动，使轧件形成宽展。

实验自然咬入的条件为：βα≤。

在临界条件咬入情况下，轧辊咬入轧件的咬入角即为最大咬入角max α。根据力的平衡条件：βα=max 。

而f tg =β，因此知道max α就可求得f 。max α可根据下式求得：

D

h

H D h --=∆-

=11cos max α

图1 轧件咬入时力平衡条件

三、实验仪器、设备及材料

1. 板带轧机；电阻加热炉；

板带轧机实验装置如下图2所示：

2. 游标卡、锉刀、白布、刷子、推料木板、机油或汽油；

3. 20号钢板

图2轧制机实验装置

四、实验内容

为了建立轧制过程的基本概念，研究轧制过程中所发生的基本现象和建立轧

制过程的条件。 五、实验步骤及方法

（1） 精确测量试样尺寸，试样的长、宽、高，测三点取其平均值。 （2） 加热：将钢板进行加热，保温处理。

（3） 把轧辊压靠并把轧件送到轧辊前，然后逐渐提升上辊，这样h 增加、咬

入角减少，最后达到轧件开始振动，直至轧件咬入为止。

（4） 操作时，试件要送正，避免用推力，短试件要用木板送，以免发生危险。 （5） 轧制不同变形量的板材，冷却后测量。并将数据记录下表

表2.5.1 测试数据记录表

实验二、轧制体积不变原理的确定实验

一、实验目的：

验证金属变形前后，体积大致保持相等。 二、实验原理：

实际上，物体在塑性变形过程中体积会有微小的变化，这是由于通过塑性变形会使物体密度增加或减小（钢锭经过轧制，组织变得致密使密度增加；热轧过的金属再进行冷却，由于晶体间及晶体内的破坏增加了疏松程度，因而密度略有减小）。此外，在弹性变形时，体积也略有减小。总之，上述体积的变化是微小的，在实际计算时可以认为是不变的，用数学公式可以 表示为V 1=V 2。

根据体积不变定律，轧件高度压下的金属，将向长、宽两个方向流动，知道压下量后即可确定轧件的延伸系数。

用轧件长度表示：1

-=

n n

L L L μ

用轧件断面积表示：1

-=n n

F F F μ 不计轧件宽展时：h

H =

μ 总延伸系数：n μμμμ 21⋅=∑ 平均延伸系数：n ∑=μμ 高度变形表示：H

h

H h H h H h =⨯-=-=∆ηε%,100,

三、实验仪器、设备及材料

1.轧机

2.游标卡尺、锉刀、直角尺、划针

3.20号钢板三块

图1 轧制前形状 图2 轧制后形状

四、实验内容

验证金属变形前后体积不变原理； 五、实验步骤及方法

1.清洁试样表面并锉去飞翅，用直角尺和划针画出其边长为整数的矩形（如图），将H 、B H 、L H 记入表内，为了精确起见，需取其平均值。

2. 擦净实验，加热后轧制；

3.轧件尺寸测后记入表内。

表1

4.进行计算，证明体积不变原理。

实验三、轧制前后金相组织与硬度实验

一、实验目的

1.学习利用金相显微镜进行显微组织分析；

2. 对轧制前后金相形貌对比，了解组织变化情况；

3. 对对轧制前后金相硬度进行比较。

二、实验原理

热塑成形对组织与性能有显著影响：

（1）改善晶粒组织

经热塑性变形可获得均匀细小的再结晶组织，从而获得较好的综合机械性能。

（2）锻合内部缺陷

铸态金属中的缺陷如疏松、空隙和微裂纹等，经过锻造后被压实，致密度得到提高。

（3）形成纤维状组织

使金属的性能呈现各向异性。顺纤维方向具有较高的机械性能，而垂直于流线方向的性能则较低，特别是塑性和韧性表现得更加明显。

（4）硬度提高

由于组织发生变化，硬度可提高

图3. 轧制前后组织变化示意图

三、实验仪器、设备及材料

1. 切割机

2. P-2B型金相试样抛光机；

3. XJP-100型金相显微镜；

4. 轧制前后试样

5. 水砂纸、金相砂纸、玻璃板；

6. 抛光粉、呢子、绒布、医用脱脂棉、滤纸；

7. 无水酒精、硝酸；

8. 烧杯、镊子、吹风机；

9. HR—150A型洛氏硬度计(图2.2.1)

图2.2.1 洛氏硬度计

四、实验内容

熟悉轧制前后组织的显微形貌；利用洛氏硬度计确定碳钢热处理工艺与硬度的关系。

五、实验步骤及方法

一、金相实验

1. 每组顺序更换实验样品，分别在指定的显微镜上观察，确认显微镜光亮度调节钮在最低位，方可打开显微镜电源开关。

2. 试样放在载物台上，抛光面对着物镜，样品不要用弹簧夹固定。

3. 选用目镜10X、物镜10X进行粗对焦，观察图像清晰后再更换40X物镜细对焦，在400倍下观察样品，按要求描绘观察到的显微组织。

4. 画出所观察金相样品的显微组织示意图。

二、硬度实验

(1) 将处理好的试样放置于工作台上，旋转手轮使工作台缓慢上升，并顶起压头，到小针指着红点，大指针旋转三圈垂直向上为止（允许相差±5个刻度，若超过5个刻度，此点应作废，重新试验），注意试样厚度＞压入深度的10倍。

(2) 旋转刻度盘外壳，使C、B之间长刻度线与大指针对正（顺时针、逆时针均可）。

(3) 拉动加荷手柄，施加主试验力（注意加载时力的作用线，必须垂直于试样表面），刻度盘上的大指针按逆时针方向转动，当指针的转动显著停顿下来后，即可将卸荷手柄推回，卸除主试验力。

(4) 卸荷后在洛氏硬度计上直接读洛氏硬度值。采用金刚石压头试验时，按表盘外圈的黑字读取，采用钢球压头试验时，按表盘内圈的红字读取。

(5) 转动手轮使工作台下降，再移动试样，选取新的硬度测点，按以上步骤进行新的试验。注意选取硬度点两相邻压痕及压痕离试样边缘的距离≮3mm。