摩托車刹車盤( 圖1) 是典型的厚板衝裁及成形（xíng）零件, 材料為2Cr13馬氏體耐（nài）熱（rè）不鏽鋼。在衝孔過程中, 加工硬化現（xiàn）象嚴重, 致使加工工藝較為特（tè）殊。

      該零（líng）件擬（nǐ）定加工工序為落料衝（chōng）中心孔→衝16個（gè）交錯孔( 一次衝對稱的（de）大小孔各二個, 共衝四次而（ér）成) →中間再結晶退火→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（chōng）孔時（shí）的加工硬化現象

      衝裁過程的實質是裂紋形成並擴展, 最後發生斷裂。在衝裁結（jié）束後, 工件的斷麵上留下了大量的微裂紋, 並分布（bù）於光亮帶、斷裂帶和毛刺區, 其中, 以斷裂（liè）帶和毛刺區最為嚴重。衝孔斷麵上裂紋的存在（zài）, 給後序成形帶來了一定的影響。但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（de）零（líng）件。

      加工硬（yìng）化是在塑性變形過程中（zhōng）, 隨著（zhe）金屬內部組織的變化, 其力學性能也將產生明（míng）顯的變化, 而隨著變形程（chéng）度的（de）增加而使（shǐ）強度和硬度增加, 塑性和韌性降低（dī）。對（duì）於不鏽鋼（gāng）而言, 比一般碳素鋼的加工硬化嚴重（chóng）, 而2Cr13馬氏體不鏽鋼又比其他牌號不鏽（xiù）鋼嚴重。這是由於鋼中含碳量的不同, 以及鉻鎳等合金含（hán）量之不同引起組織不（bú）同, 進而引起性（xìng）能的差異。其中, 鉻對加工（gōng）硬化速率的影響隨（suí）含鉻量的增加而略有增加, 這是鉻引（yǐn）起輕度的固溶效應的結果。鎳對不鏽（xiù）鋼的性能也有（yǒu）影響, 加工硬化隨（suí）含鎳量的減少而增加。

      2　工件成形失（shī）穩的形式

      生產實踐表明, 當衝孔後的工件不進（jìn）行中間再結晶退火, 而直接成形（xíng）時（shí）, 成形（xíng）後的工件筋條頸縮拉裂。若將16個交錯排列的孔采用銑刀銑出後（hòu）, 同樣不進（jìn）行中間再結晶退火而直接成（chéng）形獲得成功。按該零件所製定的工序進行衝裁（cái）、再結晶退火、成形加（jiā）工也能獲得成功, 且效果較好。在試（shì）製（zhì）中（zhōng）, 我（wǒ）們曾在衝出（chū）16個交錯孔後, 在爐（lú）內加熱到700℃餘度, 進行成形也獲得成功。分析以上結果, 可（kě）以（yǐ）得出工件成（chéng）形失穩與以下因素有關: ¹ 衝孔後工件孔斷麵所產生的微裂紋; º 衝孔時材料產生的（de）加工（gōng）硬化。

      3　裂紋影響成形的機理及預防（fáng）措施

      從大量的斷裂事（shì）故（gù）調查表明, 大多數（shù）斷裂是由於材料中存在微小裂紋（wén）和缺陷引起的。為了說明裂紋的影響, 可（kě）作如（rú）下實驗。將屈服（fú）強度R0. 2 =1400MPa 的材料試件中加工（gōng）出不同深度的半橢圓形表麵裂紋, 裂紋平麵垂直（zhí）於拉伸應力, 其裂紋深度a 與實際斷裂強度Rc 的關（guān）係如圖2所示。

      由圖2可看出: 隨著表麵裂紋深度a 增大（dà）斷裂強度逐漸減小, 當裂紋深度達到ac 時, Rc = R0. 2, 若a< ac , 則Rc > R0. 2, 此時為宏觀塑性（xìng）斷（duàn）裂, 當a> ac時, Rc< R0. 2, 斷裂前試件不產生塑性（xìng）變形, 而發生脆性（xìng）斷裂。裂紋引起（qǐ）應力（lì）集中, 產生（shēng）複雜的應力狀（zhuàng）態（tài）。根據斷裂力學（xué）( 圖3) : 裂紋深度較小, 且靠近試件表（biǎo）麵時,裂紋前端區域僅在試件（jiàn）寬長方向受Rx 、Ry 作用, 而在（zài）板厚方向（xiàng）的應力Rz = 0, 屬平麵應力狀態。若（ruò）板（bǎn）較厚, 三向拉應力狀態達到某種極限狀態時（shí）( Rz= 0) ,應（yīng）力最大, 為平麵應變狀態, 在外力作用下, 裂紋前端的應力很快超過材料的屈服點, 形成塑性變形區,並在該區的異相質點處形成微孔, 導致（zhì）開（kāi）裂與裂紋（wén）擴展。對於高強度材料, 屈服強（qiáng）度（dù）高, 塑性差, 塑性變形區（qū）很小（xiǎo）, 裂（liè）紋（wén）易擴展並最終斷裂。

      而改變了構件的斷（duàn）裂（liè）行為。同理, 受（shòu）載方式的不同,造成的應力狀態（tài）的改變, 也能改變材料的斷裂行為。如在拉伸彎曲時, 脆性大的材料（liào）在受三向（xiàng）壓應力（lì）時,可表（biǎo）現（xiàn）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壓應力狀態, 見圖4。

      此（cǐ）外（wài）, 在成形時可將毛坯上留有毛刺的一側對向凸（tū）模放置, 因（yīn）為在成形變形時（shí）, 靠近凹模（mó）一側的材料變形大於靠近凸模一（yī）側的, 這種（zhǒng）情況和（hé）彎曲變形時中性層的外層變形情況類似, 因（yīn）此這樣放（fàng）置有利於減小毛刺對開裂的影響。

      4　加工硬化的實質及提高塑性的措施

      加工硬化程度與（yǔ）位錯的交互作（zuò）用有關。隨著塑性變形的進行, 位錯密度增加（jiā）, 位錯在運動時的相互交割加劇, 其結果產生固定割結、位錯纏結等, 使位錯運動的（de）阻力增大而引起變形抗力增加, 塑性（xìng）變形困難。

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

冷變形後, 晶體中的同號刃形位錯在滑移麵上塞積而導致晶格（gé）彎曲( 圖6a) , 在退火過程中通過位錯的滑（huá）移和攀（pān）移( 圖7) , 使同號刃形位錯沿垂直於滑

移麵的方向排列成小角度的亞晶界, 這（zhè）一過程稱為多邊形化( 圖6b) 。這就好象原（yuán）來呈連續彎曲的晶體經退火後被位錯分隔成幾個亞晶粒一樣, 亞晶粒內的彈性畸變（biàn）大為減（jiǎn）小。

      在回複（fù）階段（duàn）所（suǒ）形成的亞晶粒, 有些會逐漸長大成為再結晶的晶核, 再結（jié）晶階段形成了無畸變、位錯密度小的新晶粒的形核與核長大的過程。再結晶發生後（hòu）, 加工硬化帶來的性能變化全部複原。回火溫度（dù）對（duì）2Cr13不鏽鋼的力學（xué）性（xìng）能的影響如圖8所示, 退火溫度對力學性能的影響也與之相似。

      此外, 成（chéng）形速度對零件的破裂也有影響。在實際生產中, 以選用液壓機成形為宜（yí）, 因為液壓機可以精確地控製（zhì）速度和壓力（lì）。奧氏體（tǐ）鋼通常采用較（jiào）低的速度( 大約6m/ min以下) 成形, 馬氏體鋼所用速度和奧氏（shì）體鋼相近。使用液壓機的另一優點是液壓機能保壓, 使零件能較好地整形。

      5　再結晶退火工（gōng）藝（yì）

      由前麵分析得知, 工（gōng）件衝孔斷麵上的裂紋是無法避免的, 但隻需（xū）通過退火軟化消（xiāo）除加工硬（yìng）化, 消除衝孔帶（dài）來的影響, 可確保後續合理成形。

      再結晶退（tuì）火是把冷變形後的金屬加熱到再結晶溫（wēn）度以上, 保溫適當的時間, 使變形晶粒重新轉變為均勻等軸晶粒而消除加工硬化（huà）的熱處（chù）理工藝（yì）。再結晶退（tuì）火的溫度主要取決於冷變形（xíng）程度, 通常是加熱到該鋼種的再結（jié）晶溫度以（yǐ）上100～250℃, 如果溫度過高（gāo）, 再結晶（jīng）後的晶粒粗大, 這對板材的衝壓性能是不利的; 如果再結晶溫度過低, 則冷作硬化難於消除, 也將使衝壓性能惡化。

      不鏽鋼2Cr13的退火（huǒ）工藝是: 工件加熱到830～885℃→保（bǎo）溫1～3h→空冷( 允許溫差±30℃, 空冷時應放置在幹燥處) 。

      不（bú）鏽鋼2Cr13在860℃退火後的各項典型（xíng）塑性指標如下: Ds= 22%, W= 65% , HRC≤20, 塑性得到明顯（xiǎn）的改善。

      總之, 2Cr 13刹車盤的成形與諸多（duō）因素（sù）有關, 需要綜合考慮。衝孔時要盡可能使凸凹模間（jiān）的間隙均勻, 使孔斷麵（miàn）上的裂紋盡可能（néng）均布且較少, 其次是精確地控製成形速度, 最主要的是通過再（zài）結晶退火軟化消除衝孔時造成的加工硬化, 以獲得合格的零件。