钼金属拉深开裂原因初探及解决措施

2018-04-26王凤兰

金属加工(热加工) 2018年4期

■ 王凤兰

由于钼金属本身许多优点：如熔点高、导电性能好等，使其在电真空等行业中应用广泛，且成为不可被替代的材料之一。但钼金属本身塑性和伸长率都较低，其变形能力差，不适于拉深变形，在深拉深零件中成品率极低，我厂只达到10%左右。为解决钼件深拉深出现的纵向开裂、横向开裂等问题，许多专业人员已经做了努力，并取得了一定成效。如采用交叉辗压钼片、含钛钼片等，其成品率高于普通钼片，但这样会大幅提高制件成本。因此，研究普通钼片深拉深工艺以提高制件产品的成品率是十分重要的。

图1 拉深时毛坯的变形特点

图2 切向压应力的产生

1. 钼拉深纵向开裂受力分析及解决措施

（1）受力分析钼在深拉深过程中，由于在制件端口处有应力集中，即端口部呈锯齿形，当残余应力积累到一定程度，超过材料本身的强度极限，就会在其最薄弱处产生开裂，在拉深过程中受到拉应力是产生纵向开裂的直接原因。

如图1所示，在落料拉深过程中，在拉深变形区向冲模中心移动时，其圆周方向上尺寸也随着减小，这时其受到相邻部分金属作用，其作用与两个斜面受拉力作用而变形的金属相似，因而在圆周方向上产生切向压应力σ切，如图2所示。因此，当σ切过大时，就会在料厚方向上产生一个向外的分力，此力为拉应力，这个拉应力积累到一定程度，超过钼片的强度极限时，就会产生开裂。

（2）解决措施为进一步了解纵向开裂原因，我们做了如下试验。将钼片进行首次拉深后，将端口处车去1mm（口端见平），进行第二次拉深，只有1%零件出现纵向开裂；然后将这些零件分成两部分，一部分不做车削处理，另一部分再次将端口处车去1mm，之后进行第三次拉深，结果发现不经车削处理零件，有40%出现纵向开裂，经过车削处理的零件出现裂纹的只有5%。

由上述试验，我们做如下分析：

钼在首次拉深后，零件端口处存在应力集中点，在制件上表现为口端形成小的锯齿形，如图3所示。由于首次拉深应力集中不严重，没有超过材料强度极限，因此，在首次拉深不会出现纵向开裂。如果端口部分不经过车削处理，直接进行二次拉深，端口处残余应力随之加大，应力更加集中，锯齿状加大，如图4所示，就会出现纵向开裂，再进行三次拉深，残余应力经过积累，应力会更加集中，裂纹会向零件底部延伸，如图5所示，同时又有新的裂纹产生。

首次拉深后，将端口部锯齿形车去，除去端口部残余应力，削弱了端口部位的应力集中，经过二次拉深后，所产生应力集中不会超过材料本身的强度极限，所以不易产生裂纹。但是经过二次拉深，同样会产生应力集中，如果不进行车削处理，直接进行三次拉深，残余应力积累端口部，同样会产生纵向开裂。所以二次拉深之后，制件端口同样要车去1mm，不但应力减小，且锯齿状应力集中点也可消除，为再次拉深和成形打下良好的基础。

2. 钼拉深横向开裂受力分析及解决措施

（1）受力分析将拉深件剖开，测量各部分厚度变化，发现零件筒壁上部变厚，越靠筒口越厚，最厚处增加达25%（1.25δ）。筒底稍许变薄，最薄处约为料厚87%，如图6所示。这是由于拉深过程中，材料在压应力作用下厚度有所变化，拉深时材料在模具里有变薄过程，材料通过凸凹模间隙时所受拉力最大。因此，钼件产生横向开裂主要原因是拉深过程中口端材料变厚，使拉深过程中拉力增大。再加上钼本身塑性差，零件就很容易拉断。

（2）解决措施减小拉力。可以采用润滑剂等方法，虽然开裂现象有所降低，但成品率提高不明显；根据拉深过程中材料变厚的原理，我们采用增大凸凹模间隙的方法，经试验证明当凸凹模间隙加大10%～15%时，钼件横向开裂基本解决。

增加材料塑性。减少零件横向开裂的另一种方法，是提高零件筒壁承载能力，而承载能力取决于材料本身塑性。塑性越大，拉深时拉力越小，提高钼塑性主要办法是采用退火工艺。采用高温退火：将制件加热875～900℃，保温30min，随炉冷却40min后取出。通过高温退火能起到消除上道工序应力和软化材料作用。采用低温退火：将经过高温退火的钼件放在马弗炉中加热至570℃左右，保温2min，热冲。通过低温退火起到软化作用，即减小了拉应力也提高了钼件的塑性，进而减小零件横向开裂。