国外材料加工技术最新进展（上）

薄坯铸轧技术

连铸连轧是轧钢生产中的一项重大技术革新，特别突出的优点是节能和生产连续化。据统计，每吨钢的熔化须消耗约2000kWh～3000kWh的电能，钢锭与钢坯的加热能量可折合为每吨消耗电能400kWh～700kWh，轧制每吨耗电约120kWh～140kWh。采用连铸连轧技术不仅取消了钢锭和钢坯加热，还由于取消了大直径的初轧机而使轧制力下降很多，变形也很均匀。但由于结晶的技术限制，1980年以前所能获得的连续铸造钢坯厚度一般在250毫米左右，须通过大量后续的热轧和冷轧才能获得1mm厚的薄板。

1980年，一种新的连续铸造工艺使得连铸坯的厚度减小至40mm～100mm，从而缩短了整条热轧生产线。近年来，已将先连铸后连轧的技术改进为铸轧薄坯再进行轧制的方式，即先通过边凝固边轧制得到约1mm～3mm厚的铸轧坯，紧接着再通过后续轧制成材，这样所需的总变形量可以大幅度减少，后续轧制生产线可以得到大幅的简化。实践证明，采用铸轧薄坯法所需的能量仅为用连铸法所需的43%。

高强钢板及其冷冲压

近年来高强钢板有较快的发展。传统高强钢的强度与延伸率很难兼顾，而新研发的强度超过1000MPa的高强钢，延伸率也很高，有的可达60%。韩国浦项制铁开发了TWIP、SB-TRIP和M-TRIP等新一代汽车用钢板。其中，TWIP表示孪生诱发塑性钢，具有很高的强度和延伸率，是通过在变形过程中形成孪晶而生成的一种含Mn量高的奥氏体钢。SB-TRIP和M-TRIP均是介于AHSS（先进高强钢）和Ultra-AHSS（超高强钢）的特殊高强钢。SB-TRIP表示超细贝氏体相变诱导塑性钢，是由纳米尺度的贝氏体基体和残留奥氏体组成的双相钢。M-TRIP表示马氏体相变诱导塑性钢，是由马氏体基体和残留奥氏体组成的双相钢。

高强钢的强度是普通钢板强度的2倍～3倍，所需的成形力极大，成形时往往造成模具损坏、设备振动以及工件被撕裂，因此对高强钢冲压的工艺设计应有所更新，概括起来必须遵循以下几点：一、工件各处尽量保持均匀变形，否则变形量大的地方由于加工硬化严重，容易开裂；二、模具设计不仅应考虑强度，还应按等刚度原则使各处弹性位移相近；三、受力分布应遵循平衡原则，以免引起设备不对称变形和振动。

管材液压成形

早在20世纪60年代，日本就开始研究管材液压成形，但当时的液压内压低于50MPa，尚不能用于汽车结构件生产。进入20世纪90年代，液压成形技术得到迅速发展，实现了超高压和轴向补料，德国工业界和研究机构将其称为内高压成形。采用液压成形工艺，使结构件由多个板料冲压件焊接转向一个液压成形件，重量可以减少20%以上；由于节约大量模具，成本可以降低20%以上；同时构件的刚度提高。在1993年的第四届国际塑性加工会议上,一些研究人员的研究工作有标志性的进步，其内容如下：一、内压达到400MPa，可成形复杂形状的构件；二、实现了轴向进给的伺服控制，这可使轴向力与内压很好地匹配，避免管材管壁局部严重变薄。德国是将管材液压成形技术首先用于汽车结构件生产并大量推广的国家，这期间的一部分研究成果反映在1999年的国际塑性加工会议论文集中。

随着液压成形技术的发展，管材力学性能的测试提到了日程。一般管材的应力应变曲线都是通过单向拉伸试验获得的，那么液压成形管材的应力应变曲线用单向拉伸试验获得是否正确已成为问题。早在1966年就有学者提出了用内压和轴向载荷共同作用以测量管材应力应变特性的方法。美国一些研究人员用液压胀形方法测试了304不锈钢管材的应力应变曲线。与用理论推导和有限元模拟方法得到的流动力学曲线进行了比较，发现吻合较好。将用液压胀形试验得到的应力应变曲线代入数值模拟，与采用单向拉伸的数据相比，前者与实际生产结果更为接近。

液压成形过程较为复杂，影响因素较多，而成形过程又是在模具内部进行，试验中无法对零件的成形过程进行实时观察，所以很难确定最佳的控制参数。数值模拟技术的发展使复杂的工艺过程变得简单、容易处理，无论研究结构还是工业界都开始大量运用数值模拟方法进行液压成形过程的研究。数值模拟技术无疑为液压成形工艺快速地应用于实际生产起到了推动作用。

温锻

温锻是介于冷锻和热锻之间的一种锻造工艺，成形温度区间一般在650℃～900℃。

相比于冷锻成形，温锻成形可应用于变形抗力相对较高的中碳钢和部分合金钢。此外，某些室温下延伸率很低的金属难以采用冷锻成形，温锻可以很好地克服这一缺点。因此，可认为温锻是冷锻应用的一个拓展。此外，冷锻成形存在严重的加工硬化现象，工件内部残余应力大，后续加工中常须进行去应力退火以消除加工硬化，而温锻成形可省略此类热处理工序。因此，温锻在中碳钢和合金钢的精确成形方面有较大的优势，近年来得到了较快的发展。

温锻具有尺寸精度高、材料利用率高、零件表面质量高、后续加工量较小的特点。

温锻工艺可使截面形状较为复杂的零件成形。温锻经常与冷锻结合使用。这是因为一些材料在常温下不能进行大的塑性变形，经过适当的升温，通过温锻可获得近似终成形零件的预成形坯，然后在室温下冷锻整型。采用温锻预成形使可成形用的材料范围扩大，然后通过冷锻整型使零件的尺寸精度和表面质量得到保证。因为整型时零件的变形量很小，所以对材料的塑性变形能力要求较低，所需的变形力也较小，温锻与冷锻结合可在保证锻件质量的前提下大大拓宽冷锻的应用领域。

应当指出，在温锻成形中，广泛采用分流法和积极摩擦法。如采用积极摩擦成形了直齿齿轮，为了减少模具的弹性变形，采用了先温锻、后冷锻的成形工艺。

此外，在温锻成形的热力学、摩擦学方面也有研究，得到的结论如下：温锻成形时考虑到模具寿命和强度，工件与模具之间的温度梯度应控制在250℃左右；温锻成形时应施加良好的润滑剂，合适的摩擦系数应低于0.1。（来源：中国冶金报）