低碳钢冲压制品吕德斯带的预防措施

 1 概述 

    所谓吕德斯带是指退火的低碳钢薄板在冲压加工时，由于局部的突然屈服产生不均匀变形，而在钢板表面产生条带状皱褶的一种现象，如图1所示。  

    对冲压件来说，吕德斯带的出现是不容许的，它会使工件表面产生皱褶，影响工件的表面质量。对于承受高压冲击载荷的钢质薄壁高压容器来说，吕德斯带还会使容器在使用中产生体裂，造成伤亡事故，严重影响容器的使用性能。因此，探讨如何预防吕德斯带的产生有实用意义。  

    2 吕德斯带形成的原因  

    当退火低碳钢薄板进行冲压时，其应力一日接近屈服点，变形就会首先在应力集中的区域开始，拼立即出现软化现象，应力下降。在这一应力作用下，变形在这个区域可以继续进行到一定程度，这时在变形区和未变形区的交界处会产生较大的应力集中和屈服，使得变形区逐渐向未变形区扩展。但是，在离变形区较远的地方，仍然不会发生变形，于是就形成了狭窄的条状区，即吕德斯带。  

    由上述可知，闩德斯带的产生是与低碳钢存在屈服现象相联系的。屈服现象的出现是巾于溶解在钢中的碳、氟等原子在位错周围聚集形成的—种原子云而引起的。这种原子云称作柯氏气团。  

    金属的变形是通过位错运动来实现的，然而由于柯氏气团的存在，使得位错运动受到阻力，要使位错继续运动，就必须要有比位错正常运动高的应力，才能使位错与气团分离，因而产生上屈服点。当位错移动一段距离后，就可以摆脱气团的阻力而在正常的应力下运动，这个应力就足下屈服点。因此，可以认为柯氏气团的存在是产生吕德斯带的根本原因。  

    3 预防措施  

    由吕德斯带形成过程可知，它的产生必须具备下列条件：  

    (1)金属有屈服现象，即金属处于退火状态。  
    (2)冲压加工时，金属在屈服阶段产生较小的变形量。  

     用低碳钢冲压成形的薄壁容器，其生产工艺如下：  

    毛坯准备--多次拉伸(中间退火)--压底--次口部退火--缩口--二次口部退火--机加工。  

    吕德斯带就是在缩口工序产生的。一次口部退火时，受热传导的影响，斜肩处也产生退火，缩口时，斜肩附近的区域变形量很小，符合吕德斯带产生的条件。产生的吕德斯带也正好位于这个区域(如图1所示)。经口部退火的成品，在使用过程中若再产生小的塑性变形，同样还会在这一区域产生吕德斯带。 

    鉴于上述吕德斯带的产生条件，在进行冲压工艺设计时，可采取如下预防措施(以图1产品为例)：  

    (1)口部退火时，尽量缩短退火区长度，以降低斜肩附近区域的热影响温度，提高该区域的变形抗力，减小局部屈服的倾向性，可有效预防吕德斯带的产生。  

    (2)降低末次拉伸的口部加工率，取消一次口部退火工序，压底工序完成后直接进行缩口，使容器斜肩部位处厂连续两次冷加工硬化状态，这样，缩口时变形部位无屈服现象，可杜绝吕德斯带的产生。此方法只适用于缩口加工率较低的产品。这里需要特别指出的是：对于口部壁厚在1mm左右的无斜肩薄壁制品，缩口加工率很低，即使采用上述措施，仍难收到良好效果。若取口壁厚过小，其径向变形抗力过低，缩口时会产生通体折叠。对于此类制品可采用如下措施：  

    增加末次拉仲半制品的长度，缩短一次口部退火变色区长度。采取这种措施，叫防止缩口时产生通体折叠，至于产生的吕德斯带，因其集中在口部退火变色区内，可在以后的机加工序中切除。  

    (3)改进原材料的浇铸上艺，以减少原材料中气体原子特别是氮原子的含量。  

    氮是随炉料进入钢中的。在冶炼过程中，钢液也从炉气中吸收一部分氮。因此钢中不可避免地存在一些氮。对于原材料的浇铸，建议采用真空浇铸技术，对钢液进行脱气处理，以减少钢中气体含量，使钢液更纯净、组织更致密，从而提高钢液质量。  

    在条件允许情况下，直接选用无间隙原子钢(IF钢)作为原材料，可杜绝吕德斯带的产生。  

    (4)产品技术要求允许的情况下，可取消二次口部退火工序，可有效地预防成品在使用过程中产生吕德斯带，若成品能在时效期内使用，也能有效防止吕德斯带的产生。  

    以上措施，若能在设计工艺时综合利用，能最有效地防止吕德斯带的产生。  

    4 结束语  

    吕德斯带是在一定条件下产生的加工缺陷，其预防措施的制定也是以防止其产生条件的形成为原则，具体措施随产品不同而异。在我公司近年的新产品试制中，都不同程度地采用了上述措施，有效防止了吕德斯带的产生，收到良好效果。 

参考文献 
1 钱杏轩 钢质整体引伸药简的设计与制造[M] 国防工业出版社 1988 
2 宋维锡 金属学[M] 北京：冶金工业出版社 1980 
3 夏国华，杨国蓉 现代热处理技术[M] 北京：兵器工业出版社 1996 
4 陈炎嗣 郭景仪 冲压模具设计与制造技术[M] 北京 北京出版社 1991