不锈钢板拉深时缺陷分析及解决措施

李树强

摘 要：不锈钢拉深开裂是拉深处理中遇到的主要问题之一，为提高拉深制品制作水平，保障制品的加工质量，文章通过试样的检测实验，研究分析了不锈钢板拉深时产生开裂缺陷的原因，并提供不锈钢板拉伸防开裂的有效措施。

关键词：不锈钢；裂缝原因；解决措施

1 引言

不锈钢制品由于其美观的外表和良好的综合性能，在国民经济各行各业中被广泛使用，与人们的日常生活息息相关。但在拉深过程中硬化严重，易出现粘模、起皱、开裂现象，使成品率降低，影响不锈钢拉深制品表面质量。文章就通过试验研究，对不锈钢拉深制品开裂原因及预防展开分析。

2 试样的截取及试验方法

在本实验研究中，送检的材料材质为201不锈钢拉深制品，见图1。对送检的拉深延迟开裂试样进行宏观检测、采集宏观图片，选取典型部位截取试样，试样截取示意图见图2。

截取金相试样，磨制、抛光后在GX51金相显微镜上进行夹杂物和组织检测；截取开裂部位的断口试样，利用XL-30扫描电子显微镜进行电镜能谱分析；利用TMV-1显微硬度计进行硬度检测。

3 试验结果

3.1 宏观检验

经宏观检测试样存在两条与拉深方向相同的裂纹，裂纹长度约为拉深深度的二分之一，靠近口部的裂纹均止于加热后表面氧化呈深蓝色的区域。经测量口部经热处理的部位厚度在0.45～0.5mm，而开裂部位厚度为0.4mm。

3.2 显微硬度检测

通过对拉深件口部和中间开裂部位进行显微硬度检测，检测结果见表1。由表1可知中间开裂部位较口部经热处理的部位硬度高。

3.3 金相分析

沿拉深变形方向磨制试样，抛光后发现试样中夹杂物较多，主要为B类氧化铝夹杂2.0级、C类硅酸盐夹杂2.5级。试样中典型夹杂物见图3。

试样经苦味酸盐酸酒精溶液腐蚀，观察试样组织。图4a为拉深口部火焰加热部位的组织，图4b为正常拉深变形部位的组织，由图可知正常部位的诱发马氏体相明显高于口部经热处理的试样。

磨制表面试样，抛光后发现试样面上有较多弯曲的显微裂纹，见图5a。试样腐蚀后组织为奥氏体和形变马氏体，见图5b，利用图像分析软件进行诱发马氏体相含量测定，经测量形变马氏体含量最低为11%，最高为17%，平均13%。

3.4 断口电镜能谱分析

电镜下拉深延迟开裂断口形貌见图6，放大后发现断裂形态为解理断裂，见图7。

4 讨论

拉深件表面存在两条与拉深方向相同的裂纹，裂纹长度约为拉深深度的二分之一，靠近口部的裂纹均终止于加热后表面氧化呈深蓝色的区域，经测量口部经热处理的部位厚度在0.45～0.5mm，开裂部位厚度为0.4mm。开裂部位硬度明显高于口部热处理后未发生开裂的部位。平行于开裂方向磨制金相试样，夹杂物主要为B2.0级、C2.5级，组织为奥氏体和形变马氏体，且开裂部位的形变马氏体数量明显高于口部经加热处理的部位。磨制拉深表面试样发现试样面上有显微裂纹，形变马氏体平均含量为13%。开裂部位断口的断裂形态为解理断裂，能谱分析断面上有SiO2-Al2O3-MnS复合夹杂物。

开裂部位断口为解理断裂，这种断裂形态常见于体心立方和密排六方金属及合金，低温、冲击载荷和应力集中常促使解理断裂的发生，面心立方金属很少发生解理断裂。201不锈钢为亚稳定型，在变形时会发生相变，诱发马氏体相。马氏体相较脆，因此容易发生开裂。

试样存在数量较多的夹杂物，在拉深变形过程中夹杂物易导致应力集中，成为裂纹源。經测量拉深件开裂部位减薄量大即拉深变形量大，即材料形成的诱发马氏体相含量高、应力大，拉深变形后试样降至常温，材料发生收缩，在应力作用下首先沿夹杂物部位产生开裂。

经热处理的部位诱发马氏体相含量和显微硬度明显降低，避免开裂裂纹的继续扩展，说明热处理可消除或减小材料变形应力和组织应力，对降低时效开裂几率有效。

5 结论

总之，在不锈钢拉深中，拉深后制品温度降至常温，材料发生收缩，在应力作用下易沿夹杂物部位产生开裂。而不锈钢板拉深开裂有时发生在拉深变形之后，有时是在当拉深件由凹模内退出时立即发生；有时是在拉深变形后受撞击或振动时发生；也有时在拉深变形后经过一段时间的存放或在使用过程中才发生。经试验研究分析得出结论：钢中夹杂物是产生奥氏体不锈钢拉深裂缝的主要原因，对201不锈钢拉深制品的拉深延迟开裂问题而言，拉深后及时进行去应力退火可以有效解决。

参考文献：

[1]张豪，夏琴香，方铭等. 201不锈钢形变诱发马氏体相变特性[J].锻压技术， 2017（1）：105-111.

[2]张豪.节镍型奥氏体不锈钢冲压成形特性及拉深工艺研究[D].华南理工大学， 2016.