摩托車刹車（chē）盤( 圖1) 是典型的厚板衝裁及成形零件, 材料為2Cr13馬氏體耐熱不鏽（xiù）鋼。在衝孔過程中, 加工硬化現象嚴重, 致使加工工藝較為特殊。

      該零件擬定加工工序為落（luò）料衝中心孔→衝（chōng）16個交錯孔（kǒng）( 一次衝對稱的大小孔（kǒng）各二個, 共衝（chōng）四次而成) →中間再結（jié）晶退火→成形。下麵論述成形過程中出現的問題及解決方法。

      1　衝裁斷麵分析及衝孔時的（de）加（jiā）工（gōng）硬化現象

      衝（chōng）裁（cái）過程的實質是（shì）裂（liè）紋形成並擴展（zhǎn）, 最後發生斷裂。在（zài）衝裁結束後, 工件（jiàn）的斷麵上留下了大（dà）量的（de）微裂紋, 並分布於（yú）光亮帶、斷（duàn）裂帶和毛刺（cì）區, 其中, 以斷裂帶和毛刺區最為嚴重。衝孔斷麵（miàn）上裂紋的存在, 給（gěi）後序成形帶來了一（yī）定的影響。但（dàn）隻要合理設計工藝方案, 盡可能避免產生裂紋, 就能獲得合格的零件。

      加（jiā）工硬化是在塑性變（biàn）形過程中, 隨著金屬（shǔ）內部組織的變化（huà）, 其力學性能也將產生明顯的變化, 而隨著（zhe）變形程度的（de）增加而使強度和硬度增加, 塑（sù）性和韌（rèn）性降低。對於不鏽鋼而言, 比一般碳素鋼的加（jiā）工硬化嚴重, 而2Cr13馬氏體不鏽鋼又比其他牌號不鏽鋼嚴重。這是由於鋼中含碳量的不同, 以及鉻鎳等合金含量（liàng）之不同引起組織不同, 進而引起性能的差異。其中, 鉻對加工硬化速率的（de）影響隨（suí）含鉻量的增加（jiā）而略有增加, 這（zhè）是鉻引（yǐn）起輕度的固溶效應的結果。鎳對不鏽鋼的性能也有影響, 加工硬化（huà）隨含鎳（niè）量的減少（shǎo）而增加。

      2　工件成形失穩的形式

      生產實踐表明, 當衝（chōng）孔後的工件不進行中間再結晶退火, 而直（zhí）接成形時, 成形後的工件筋（jīn）條頸縮拉裂。若將16個交錯排列的孔采用銑刀銑出後, 同（tóng）樣不（bú）進行中間再結晶退火而（ér）直接成形獲得成功。按該零件所製定的工序進（jìn）行衝裁、再結晶退火、成（chéng）形加工也（yě）能獲得成功, 且效果較好。在試製中, 我們曾在衝出16個交錯孔後, 在爐內加熱到700℃餘度, 進行成形也獲得成功。分析以上結果, 可以得出工件（jiàn）成形失穩與以下因素有關: ¹ 衝孔（kǒng）後工件孔斷麵所產生的微裂紋; º 衝孔時材料產生的加工硬化。

      3　裂紋影響成形的機理及預防措施

      從（cóng）大量的斷裂（liè）事故調查表（biǎo）明（míng）, 大多數斷裂是由於材料中存在微小裂紋和缺（quē）陷引起的。為了說明裂紋的影響, 可（kě）作如下實（shí）驗（yàn）。將屈服強度R0. 2 =1400MPa 的材料（liào）試件中加工出不同深度的半橢圓形表麵裂紋, 裂紋平麵（miàn）垂直於拉伸應力, 其裂紋深度a 與實際斷裂強度Rc 的關係如圖2所示。

      由圖2可看（kàn）出: 隨著表麵裂紋深度a 增大（dà）斷裂強度逐漸減小, 當裂紋（wén）深度達到ac 時, Rc = R0. 2, 若a< ac , 則Rc > R0. 2, 此時為宏觀塑性斷（duàn）裂, 當a> ac時, Rc< R0. 2, 斷裂前試件不產生塑性變形, 而發（fā）生（shēng）脆性斷裂（liè）。裂（liè）紋引起應力集中, 產生複雜的應力狀（zhuàng）態。根據斷（duàn）裂力學( 圖（tú）3) : 裂紋深（shēn）度較小, 且靠近（jìn）試件表麵時,裂紋前端區域僅在試件寬（kuān）長方向受Rx 、Ry 作用, 而在板厚方向的應力Rz = 0, 屬平麵（miàn）應力狀態（tài）。若板較厚, 三（sān）向拉應力狀（zhuàng）態達（dá）到某種（zhǒng）極限狀態時( Rz= 0) ,應力最（zuì）大, 為平麵應變狀態, 在外力作用下, 裂紋（wén）前端的應力很快超（chāo）過材料（liào）的屈服點, 形成（chéng）塑性變形區,並在該區的異相質（zhì）點（diǎn）處形成微孔, 導致開裂與裂紋擴（kuò）展。對於高強度材料, 屈（qū）服強度高, 塑性差, 塑（sù）性變形區很小, 裂紋易擴展並最終斷裂。

      而改變了構件的斷裂行為。同理, 受載方（fāng）式的（de）不（bú）同,造成的應力狀（zhuàng）態的改變, 也能改變材料的（de）斷裂行為（wéi）。如在拉伸彎曲時, 脆性大的材料在受三向壓應力時,可表現出良好的塑性, 基於此, 工件的成形模具結構應盡可能使變形區處於三向（xiàng）壓應力狀態, 見圖4。

      此外, 在成形時可將（jiāng）毛坯上留有（yǒu）毛刺的一側對向凸模放置, 因為在成（chéng）形變形時, 靠近（jìn）凹模一側的材料變（biàn）形大（dà）於靠近凸模一側的, 這種情況和彎曲變形時中性層（céng）的外層變形情況（kuàng）類（lèi）似, 因此這樣放置有利於（yú）減小毛刺對開裂的影響。

      4　加工硬化的實質及提高塑性（xìng）的措施

      加工硬化（huà）程（chéng）度與位（wèi）錯的交互作用有關。隨著塑性變形的進（jìn）行, 位錯密度增加, 位錯在（zài）運動時（shí）的相互交割加劇, 其結果產生固（gù）定割結、位錯纏（chán）結等, 使位錯（cuò）運（yùn）動（dòng）的阻力增大而引起變形抗力增加, 塑性（xìng）變形困難。

      加工硬化所帶來的一係列組織、結構與性能的變化, 可（kě）通過退火得（dé）到不同程度的回複。根據退火溫度的高低, 大致可分為回複、再結晶、二次再結晶三個階段。三個階段之（zhī）間有些交迭, 無十分明顯的界限, 退火過程的性能變化如圖5所示。

冷（lěng）變形（xíng）後, 晶體中的同號刃（rèn）形位錯在（zài）滑移麵上塞積（jī）而導致晶格彎曲( 圖6a) , 在退火過程中通過位錯的滑移和攀移( 圖7) , 使同號刃（rèn）形（xíng）位錯沿垂直於滑

移麵（miàn）的方向排列成小角度的亞晶界, 這一過程稱為多（duō）邊形化( 圖6b) 。這就（jiù）好象原來呈連續彎曲的晶體經退火後被（bèi）位錯分隔成（chéng）幾個亞晶粒一樣（yàng）, 亞晶粒內的彈性畸變大為減小。

      在回複階段（duàn）所形成的亞（yà）晶粒, 有些會逐漸長大成為（wéi）再結晶的晶核, 再結晶階（jiē）段形成了無畸變、位錯（cuò）密度小的新晶粒的形核與（yǔ）核長（zhǎng）大的過程。再結晶（jīng）發生後, 加工（gōng）硬（yìng）化帶來的性能變化全部複原。回火溫度對2Cr13不鏽鋼的力學性能（néng）的影響如圖（tú）8所示, 退火溫度對力（lì）學性能的影響也（yě）與之相似。

      此外, 成形速度對零（líng）件的破裂也有影響。在實（shí）際生產中, 以選用液（yè）壓機成形為宜, 因為液壓機可以精確地（dì）控製速（sù）度和壓力。奧（ào）氏體鋼（gāng）通常采用（yòng）較低的速度( 大約6m/ min以下) 成形, 馬氏體鋼所用速度和奧氏體鋼相近。使用（yòng）液壓機的另一優點是液壓機（jī）能保壓, 使零件（jiàn）能較好地（dì）整形。

      5　再結晶退火（huǒ）工藝

      由前麵分析得知, 工件衝孔斷麵上的（de）裂紋是無法避免（miǎn）的, 但隻需通過退火軟化消除加工硬化, 消除衝孔帶來的影（yǐng）響, 可確（què）保（bǎo）後續合理成形。

      再結晶（jīng）退火是把冷變形後的金（jīn）屬加熱到（dào）再結晶（jīng）溫度以上（shàng）, 保溫適當的時間, 使變形晶粒重新（xīn）轉變為均勻等軸晶粒而消除加工硬化的熱處理工（gōng）藝。再結晶退火的溫度（dù）主要取決於冷變形程度, 通（tōng）常是加熱到該鋼種的再結晶（jīng）溫度以上100～250℃, 如果溫度過高, 再結晶後的晶粒粗大, 這對板材的衝壓性能是不利的; 如果再結晶溫度過（guò）低（dī）, 則冷作硬化難於消除, 也將（jiāng）使衝壓性能惡化。

      不鏽鋼2Cr13的（de）退火工藝是: 工件加（jiā）熱（rè）到830～885℃→保溫1～3h→空冷( 允許溫差±30℃, 空冷時應放置在幹燥處) 。

      不鏽鋼2Cr13在860℃退火後的各項典型塑性指標如下: Ds= 22%, W= 65% , HRC≤20, 塑性得到明顯的改（gǎi）善。

      總之, 2Cr 13刹車（chē）盤的成形與諸多因素有關, 需要綜（zōng）合考慮。衝孔（kǒng）時要盡可能使凸凹模間的間隙均勻, 使孔（kǒng）斷麵上的裂紋盡可能均布且較少, 其次是（shì）精確地控製成形速度, 最主要的是通過再結晶退火軟化消除衝孔時造成的加工硬化, 以獲得（dé）合格的零件。