轧制原理与工艺

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1、轧制原理与工艺北京科技大学材料学院周成1轧制过程的基本概念轧制是轧件在旋转的轧辊作用下产生塑性变形的过程。轧制的目的是生产具有合格形状尺寸和组织性能的产品。第一部分轧制原理1.1简单轧制过程及其变形区简单轧制过程轧制过程在上下两直径相同的圆柱形刚性轧辊间进行，轧辊皆为传动辊、转速相同且转向相反；轧件为各向同性的均匀连续体，只承受来自轧辊的作用力并且满足屈服条件，轧件为矩形断面，轧制前的横截面在变形过程中仍为平面。轧制过程的简单描述在轧制过程中，轧辊对轧件的作用力要同时产生两个效果：将轧件拖入辊缝同时使之产生塑性变形。在

2、满足屈服条件的前提下，轧制过程能否开始取决于轧辊是否能将轧件拖入辊缝。在轧制过程中，轧件高度减小。轧件在高度方向减少的体积，要转移到轧件的宽度和长度方向，这一变形过程不仅决定了轧制后的轧件尺寸，而且也影响到轧件进出轧辊的速度。为使轧制过程顺利进行，主电机要具有足够的功率，以通过轧辊提供轧件塑性变形所需的变形力，而所需变形力的大小与轧件本身的性质和应力状态有关。在实际轧制过程中，这一变形力又对轧辊产生反作用而影响轧制过程。1.2轧制变形区及其主要参数轧制变形区轧件在轧辊作用下发生塑性变形的区域称为轧制变形区，在简单轧制条

3、件下，即轧件在进出轧辊处的断面与辊面所围成的区域。轧制变形区的主要参数有咬入角和变形区长度。咬入角α轧件开始进入轧辊时，轧件与轧辊的最先接触点和轧辊中心的连线与两轧辊中心连线所构成的圆心角，称为咬入角。稳定轧制时，咬入角即为轧件与轧辊相接触的圆弧所对应的圆心角。变形区长度l轧件与轧辊之接触弧的水平投影长度，称为变形区长度。1.3体积不变条件对于消除了铸态组织的已变形金属，塑性加工时金属的密度变化很小或者不变。冷加工时，由于加工硬化和微裂纹的产生，金属密度略有减小，但是各种金属和合金冷加工时密度通常只减小0.1～0.2%

4、，当进行中间退火和最终退火时，由于产生再结晶，密度将增加到接近加工前的数值。热加工过程中，加工硬化和再结晶同时或依次产生，变形金属的密度及体积在加工过程中可以认为是不变的。因此，无论冷加工还是热加工，变形金属的密度和体积的改变都是很小的，可以忽略这些变化而认为塑性变形前后金属的体积是保持不变的，这就是体积不变条件。1.4轧件变形程度绝对变形量相对变形量工程应变真应变变形系数通常将相对压下量（工程应变）称为压下率，记为ε。轧件在高度、宽度和长度三个方向的变形分别称为：压下、宽展和延伸。1.5轧制变形速度变形速度是应变对时

5、间的变化率，也称应变速度。轧制变形速度指的是轧件高度方向的变形速度。变形区中高度为hx的任意断面上的变形速度为：平均变形速度1.6咬入条件稳定轧制条件稳定轧制时，θ＝α/2咬入过程中，改善咬入条件的途径满足咬入条件，是顺利实现轧制过程的基本保证，而改善咬入条件，是增加压下量、提高生产率的有力措施。发挥稳定轧制阶段咬入潜力（1）小头进钢（2）带钢压下（3）强迫喂钢提高β角（1）改变轧件或轧辊的表面状态（2）合理调节轧制速度2轧制过程中金属变形的基本规律2.1最小阻力定律如果变形体各质点有向各个方向移动的可能，则变形体的每

6、个质点将朝阻力最小的方向移动。2.2变形区水平投影形状与变形的关系变形区长度l0＝1时，宽展量Δb、延伸量Δl与变形区宽度b0的关系2.3工具形状对变形的影响由于轧辊呈圆柱状，会造成金属在宽度和长度方向的流动阻力不同，金属横向流动的阻力是平行于辊面且与流动方向相反的摩擦力，而纵向流动阻力是摩擦力的水平分量与正压力水平分量的代数和，根据最小阻力定律，就会影响宽展与延伸之比。工具形状有利于延伸。2.4轧制时的不均匀变形引起变形及应力不均匀分布的原因主要有：接触面上的外摩擦、变形区的几何因素、沿宽度上压缩程度的不均匀、变形物

7、体的外端、变形体内温度的不均匀分布以及变形金属性质的不均匀等等。这些因素的单独作用或者共同影响，可使不均匀变形表现得很明显。圆柱体镦粗时摩擦力对变形及应力分布的影响高件镦粗时不同应力状态分区示意图外端对变形的影响3轧制过程中的宽展轧件在宽度方向线尺寸的变化，即绝对宽展称为宽展。3.1宽展的分类（1）自由宽展在轧制过程中，被压下的金属体积向横向移动时，金属流动除受接触摩擦的阻碍外，不受其它任何的阻碍和限制（如孔型侧壁，立辊等），结果明确表现出轧件宽度尺寸的增加，这种情况称为自由宽展。（2）限制宽展轧制过程中，金属质点横向

8、移动时，除受接触摩擦的阻碍外，还承受孔型侧壁的限制作用，此时产生的宽展称为限制宽展。（3）强制宽展在轧制过程中，金属质点横向移动时，除受接触摩擦的阻碍外，还受其它因素的推动，此时产生的宽展称为强制宽展。由于出现有利于金属质点横向流动的条件，所以强制宽展大于自由宽展。(b)3.2宽展的分布及宽展组成决定宽展沿轧件高度分布不均匀的主要