钢板校平后为什么会变硬校平机加工硬化原理详解

很多厂在校平机上矫完钢板后发现一个奇怪现象板材确实平了但变得比矫之前更硬了。折弯的时候更容易裂冲压的时候更容易崩甚至用手掰都感觉板子变得脆邦邦的。这不是错觉而是校平机加工过程中必然产生的物理现象叫加工硬化。这篇文章把加工硬化的原理、影响因素和应对方法讲清楚。【加工硬化到底是什么】加工硬化又叫形变强化是金属材料在塑性变形后屈服强度升高、硬度增加、塑性下降的现象。说白了就是金属被反复弯曲后材料内部结构发生了变化变得更硬但也更脆。金属内部微观结构中有位错位错是晶格排列的缺陷。塑性变形时位错沿着滑移面移动移动过程中互相碰撞纠缠形成位错缠结。缠结越多后续位错移动阻力越大材料越难变形宏观表现就是屈服强度升高硬度增加。校平机让钢板经过连续多次交变弯曲每次弯曲都是塑性变形都产生新的位错和缠结。二十几根辊反复弯曲下来位错密度大幅增加屈服强度和硬度自然就上去了。数据上Q235碳钢原始屈服强度235MPa经过21根辊反复弯曲后可能升到280到310MPa升幅百分之十五到三十。硬度从HV130升到HV150以上延伸率从百分之二十六降到百分之十八到二十。【哪些因素影响加工硬化的程度】加工硬化不是固定不变的它受四个因素影响。第一压下量。压下量越大每次弯曲的塑性变形量越大产生的位错越多加工硬化越严重。入口压下量百分之八比百分之五的加工硬化程度要大不少。所以压下量不是越大越好矫平效果和加工硬化之间要找平衡。第二反复弯曲次数。辊数越多板材被反复弯曲的次数越多位错累积越多加工硬化越严重。23根辊比15根辊的加工硬化程度大。这也是为什么厚板用少辊数不仅是因为力量需求也是因为厚板对加工硬化更敏感少弯几次反而好。第三矫平速度。速度越慢板材在每根辊之间停留时间越长塑性变形越充分位错产生越多加工硬化越严重。速度太快应力释放不彻底但速度太慢加工硬化严重所以速度要适中。第四材料本身。不同材料的加工硬化敏感度差异很大。低碳钢Q235加工硬化较轻矫平后屈服强度升百分之十五到二十。不锈钢加工硬化非常严重矫平后屈服强度可能升百分之三十到五十有些奥氏体不锈钢甚至升一倍。铝板加工硬化中等但铝板本身软硬化后对后续折弯影响也明显。高强钢因为本身强度高加工硬化的绝对值大但相对比例不大。【加工硬化对后续加工有什么影响】校平后钢板变硬主要影响三道后续工序。一是折弯。钢板变硬后屈服强度升高折弯需要更大力。更关键的是延伸率下降折弯外侧受拉伸超过延伸率就开裂。矫平前延伸率百分之二十六折弯R角大于板厚两倍没问题。矫平后降到百分之十八同样R角可能就裂了。二是冲压。材料变硬后成形性下降拉深件容易在圆角处开裂。精密冲压件对材料状态要求高加工硬化严重时废品率明显上升。三是焊接。加工硬化区域存在残余应力焊接时热影响区和硬化区叠加容易产生裂纹。厚板焊接如果矫平后没消除应力就焊焊缝附近开裂风险不小。【怎么减轻加工硬化的影响】四个方法可以减轻校平后钢板的加工硬化。方法一控制压下量。入口压下量不要设太大够用就行。普通碳钢入口压下量百分之三到五就够不需要用百分之八的大压下量。矫平效果稍微差一点但加工硬化轻得多后续折弯冲压更顺利。判断标准是板材出来平面度达标就行不要追求过度矫平。方法二控制矫平速度。速度不要太慢保持每分钟六到八米的正常速度。速度太慢加工硬化严重速度适中既保证矫平效果又控制加工硬化。只有高回弹材料如铝板才需要慢速碳钢不需要。方法三减少不必要的反复弯曲。如果板材变形不严重不需要用全部辊数来矫平。有些校平机可以关闭入口几根辊的大弯曲段只让板材经过出口精整段的辊子做微矫这样反复弯曲次数少加工硬化轻。板材变形轻微时这个方法特别有效。方法四必要时做退火处理。如果加工硬化已经严重影响后续加工可以做退火消除。退火温度根据材料定碳钢一般在六百到六百五十度保温一两小时可以恢复大部分塑性。不锈钢退火温度更高一千零五十度左右快冷。退火会消除加工硬化但也会降低屈服强度需要根据后续工序要求决定是否做退火。【不同材料的加工硬化对照】碳钢Q235加工硬化较轻矫平后屈服强度升百分之十五到二十对后续折弯影响不大。一般不需要做退火处理。不锈钢304加工硬化非常严重矫平后屈服强度升百分之三十到五十。不锈钢位错增殖速度是碳钢的三到五倍矫平后材料明显变硬变脆。如果后续需要折弯或深冲建议矫平后做固溶处理恢复塑性。铝板5052加工硬化中等矫平后屈服强度升百分之二十到二十五。铝板本身软硬化后对折弯影响明显薄铝板矫平后折弯开裂的情况不少见。如果折弯要求高建议矫平后做低温退火。高强钢Q690加工硬化绝对值大矫平后屈服强度可能从690MPa升到800MPa以上。但高强钢本身延伸率就低加工硬化进一步降低延伸率后续折弯开裂风险大。高强钢矫平后如果需要折弯必须加大折弯R角。铜板T2加工硬化较严重铜的位错增殖速度快矫平后硬度升幅明显。铜板矫平后如果做深冲必须先做退火。校平机加工硬化是物理规律不可能完全避免。但通过控制压下量、速度和弯曲次数可以把加工硬化控制在可接受范围内。如果后续工序对材料塑性要求高退火是最彻底的解决办法。