工業(yè)鋁型材擠壓變形不均勻性與殘余應(yīng)力

如果工業(yè)鋁型材在擠壓過程結(jié)束以后不經(jīng)受外務(wù)作用的話，那么，變形狀態(tài)的不均勻性是產(chǎn)生殘余應(yīng)力的基本原因。由于塑性變形區(qū)各部分的溫度不均，在工業(yè)鋁型材制品中也會產(chǎn)生殘余應(yīng)力。但是，因為這種溫度的不均勻性比較小，所以，由此而產(chǎn)生的殘余應(yīng)力值也不大。因此可以認為，工業(yè)鋁型材擠壓制品從塑性變形區(qū)流出瞬間的應(yīng)力狀態(tài)主要取決于由變形不均所引起的殘余應(yīng)力。

在大多數(shù)擠壓過程中，周邊層的主拉伸變形要比在中心層大。因此，周邊層的拉伸彈性變形大于中心層的拉伸彈性變形。按照內(nèi)力相互平衡的條件，這就會導(dǎo)致周邊層為完全消除彈性變形而產(chǎn)生的收縮要小一些。而中心層為完全消除彈性變形而產(chǎn)生的收縮要大一些。結(jié)果，從模孔中流出來的工業(yè)鋁型材擠壓制品內(nèi)，中心層產(chǎn)生了縱向壓縮應(yīng)力，而其周邊層則產(chǎn)生殘余拉伸應(yīng)力。在擠壓（未進行隨后加工）的圓棒中。

應(yīng)該注意到，在工業(yè)鋁型材型材擠壓時，其各部分流動速度的不均勻性是產(chǎn)生殘余應(yīng)力另一個原因。這些殘余應(yīng)力被型材各個部分的相互作用力所平衡，因而可能改變上述縱向殘余力的分布圖形。實踐經(jīng)驗證明，棒材從塑性變形區(qū)流出后，由于彈性變形的緣故，其徑向尺寸稍有增加。由于徑向尺寸的這種增加，勢必對各同心環(huán)層之間造成一種徑向壓縮應(yīng)力，這種應(yīng)力狀態(tài)正如同一組承受有內(nèi)、外壓力逐漸降低為零的同心管中的應(yīng)力狀態(tài)一樣。圖2-17b為徑向應(yīng)力的分布示意圖。由于應(yīng)力呈對稱分布，所以，盡管都為負號，但彼此之間仍可得到平衡。兩個已示出的縱向和徑向殘余應(yīng)力分布圖形，確定了圓周應(yīng)力圖的分布形式。實際上，由于產(chǎn)生了徑向壓縮應(yīng)力，在外周環(huán)形層中的橫向應(yīng)力只能是拉伸應(yīng)務(wù)，因此，為了平衡各層之間的應(yīng)力，內(nèi)環(huán)形層中心的橫向應(yīng)力必須是壓縮應(yīng)力。

熱擠壓時，由于工業(yè)鋁型材擠壓制品的隨后冷卻，往往會改變上述的應(yīng)力狀態(tài)，這種改變有時是十分明顯的。例如，當(dāng)緩慢冷卻時，常可導(dǎo)致類似于進行低溫退火時的結(jié)果，即可能使殘余應(yīng)力幾乎完全消除。在此表面積不大的型材中，由于熱慣性大，出現(xiàn)這種緩慢冷卻形式的可能性就較大。

在擠壓大直徑棒材和厚壁工業(yè)鋁型材時，除了因組織轉(zhuǎn)變所引起的應(yīng)力狀態(tài)的改變外，由于周邊層和中心層冷卻的不均，也可能產(chǎn)生新的殘余應(yīng)力。

周邊層的快速冷卻，起初會導(dǎo)致周邊層的收縮和縱向拉伸應(yīng)力的增加，而后，由于內(nèi)層熱量的影響，這種應(yīng)力可能會消失。然而，內(nèi)層金屬由于受到冷卻而產(chǎn)生收縮，從而在周邊層此起縱向壓縮應(yīng)力，在內(nèi)層則引起拉伸應(yīng)力。同時，也可能出現(xiàn)圓周應(yīng)力。

在這里，應(yīng)該注意到直徑（或壁厚）的影響。顯然，直徑（或壁厚）越小，熱慣性就越小，縱向?qū)拥臏囟染途獾迷娇欤霈F(xiàn)溫度殘余應(yīng)力的可能性就越小。在不對稱變形的條件下，由于出現(xiàn)了一種不對稱型的殘余應(yīng)務(wù)，所以，增大了總的殘余應(yīng)力值。

不對稱型殘余應(yīng)力的直接結(jié)果是使工業(yè)鋁型材擠壓制品產(chǎn)生翹曲。在溫度不均勻的條件下，也可能產(chǎn)生不對稱型殘余應(yīng)務(wù)。當(dāng)擠壓已變涼的管材時，由于冷管包住了熱針，所以，會產(chǎn)生更大的應(yīng)力。這種應(yīng)力可能在管材上引起縱向裂紋。因此，減少變形區(qū)中的變形和溫度場的不均勻性具有十分重要的意義。