塑性应变能密度对线材表面褶皱缺陷的影响

王 坤，彭进明，李华楠，闫 浩，沈晓辉

(1.安徽工业大学冶金工程学院，安徽马鞍山243032；2.马鞍山钢铁股份有限公司特钢公司，安徽马鞍山243000；3.辽宁省标准化研究院，辽宁沈阳110004)

SCM435冷镦钢线材是生产高强度紧固件的常用材料，一旦热轧过程中线材表面产生褶皱缺陷，其在后续加工中将会产生拉拔断裂、冷镦开裂等严重问题。线材表面褶皱缺陷是指沿轧件纵向呈多条集中出现的簇状浅微裂纹，深度0.1 mm左右。研究认为，线材表面褶皱缺陷主要是在粗轧过程中造成的，多出现于坯料角部对应区域附近。

褶皱缺陷也可看作是一种微小的裂纹，褶皱的产生与材料塑性失稳密切相关。很多学者从断裂韧性及应变能密度的角度对塑性变形过程中裂纹的产生进行分析和预测。Sih研究了组合应力场中裂纹扩展过程，发现韧性断裂及裂纹扩展方向受应变能密度临界值的控制，当应变能密度达到临界值时裂纹开始扩展；Li基于热力学分析，认为材料的塑性失稳是由于内力相互作用而引发的，基于应变能密度的分析可对材料的塑性失稳进行有效预测；陈关龙等基于有限元法并结合断裂准则，对金属成形中韧性断裂进行了预测；薛明阳等对不同应变速率下球栅阵列(bump grid array，BGA)焊球剪切断裂行为进行了试验与模拟分析，得出应变速率越高，等效应力越大，塑性应变能密度越大，越易导致裂纹的萌生，从而使焊球失效。上述关于裂纹与塑性应变能密度关系的研究为褶皱缺陷的分析提供了重要的借鉴和参考。……