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工業純鋯鮑爾環成型回彈影響因素研究
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工業純鋯鮑爾環成型回彈影響因素研究

2020-02-02      閱讀:
在工業純鋯鮑爾環沖壓成型過程中,塑性變形的同時總是伴隨著回彈變形,隨著對沖壓件尺寸精度要求的不斷提高, 成型回彈成為一個亟需解決的問題。本文從工業純鋯的軋制方式、晶粒尺寸和沖壓成型速度等方面對回彈影響因素進行研究。 結果表明,工業純鋯片式生產比帶式生產沖壓成型回彈小,材料性能的各向異性不利于鮑爾環的成型效果。采用帶式軋制方式生產時,出現隨著晶粒尺寸的長大,回彈數值降低的規律。材料的屈服強度值減小,回彈數值也相應減小。在 40~60m/min 的沖 壓速度范圍內,沖壓成型回彈數值呈現先減小后增加的趨勢,在 50m/min 時的回彈數值小,成型效果佳。

1  前言 
填料塔早期應用的填料是拉西環填料,由于該填料存在有液體溝流和壁流現象,效率較低。隨著填料塔在工業中的廣泛應 用,出現了各種新型填料,如矩鞍、鮑爾環和階梯環填料等 [1]。 鮑爾環是在拉西環基礎上改進的一種填料 [2],為外徑與高度相等 的圓環,在側壁上開出兩排長方形的窗孔,被切開環壁的一側仍與壁面相連,另一側向環內彎曲,形成內伸的舌葉,各舌葉的側 邊在環中心相搭。由于這種特殊的內部結構,鮑爾環具有通氣量 大、氣體阻力小、內表面利用率高的特點 [3]。
鮑爾環的材質經歷 了陶瓷、聚丙烯和金屬材質的變更,陶瓷材質易碎和聚丙烯的易 老化特性限制其使用范圍,工業級鋯在許多酸、無機酸、強 堿和熔融鹽中具有異的耐蝕性,是異的化工耐蝕結構材料 [4]。近年來在國內一些現代化化工企業中得到越來越多的青睞,市場發展前景良好。然而,工業純鋯在制作鮑爾環的過程中,受 到材料性能的各向異性、屈服強度和沖壓成型速度等多方面因 素的影響,在成型后會有不同程度的回彈,為解決回彈造成后續 填料的使用問題,本文將從軋制方式、晶粒尺寸、屈服強度和成 型速度等方面探討鮑爾環成型回彈影響因素,為實際生產提供 借鑒和參考。
2  實驗
2.1  實驗材料
實驗選用寶雞鈦業股份有限公司經 3 次 VAR 熔煉的工業純 鋯鑄錠,牌號為 R60702,在鑄錠頭、上、中、下、底五點取樣測 試化學成分,鑄錠成分均勻性良好,符合 ASTM B551 標準規定。 2.2  實法
鑄錠經鍛造和表面刨銑后,板坯軋制分別采用帶式和片式 生產工藝,成品帶材厚度為 0.8mm,對比不同軋制方式對成型回 彈的影響。成品熱處理分別采用卷式真空退火和連續真空退火, 對比不同熱處理工藝對成型回彈的影響,表 1 為具體實案。
用液壓剪床切取縱橫向室溫拉伸和金相組織試樣,在 CMT5105 電子試驗機上測試室溫拉伸性能。金相試樣經砂紙打磨和 機械拋光后,采用配比為 HF :HNO3 :H2O=1 :3 :9(體積數) 的浸蝕液腐蝕,用 Axiovert200mat 光學顯微鏡進行顯微組織觀察。用數顯游標卡尺測量鮑爾環沖壓成型后的回彈數值。

3  結果與討論 
3.1  軋制方式
在化學成分相同的條件下,真空熱處理制度為 650℃ /10h, 爐冷,對比不同軋制方式生產的工業純鋯室溫拉伸力學性能,分 別測量鮑爾環成型后的回彈數值,如圖 1 和圖 2 所示。結果表明, 片式生產時力學性能縱橫向均勻性良好,縱向屈服強度值比橫向低 24MPa,抗拉強度和延伸率值相當。帶式生產時力學性能各 向異性明顯,縱向屈服強度值比橫向低 81MPa。片式和帶式生產 的回彈數值分別為 7.70mm 和 8.15mm,片式生產比帶式生產沖 壓成型回彈小,主要是由于帶式生產時一直沿一個方向變形,屈 服強度的各向異性明顯,說明材料性能的各項異性不利于鮑爾 環的成型效果。
工業純鋯鮑爾環成型回彈影響因素研究

(b)帶式生產,8.15mm
圖2  不同軋制方式沖壓成型回彈數值
3.2  晶粒尺寸 
在化學成分相同的條件下,采用帶式軋制方式生產時,連續和卷式真空熱處理制度分別為 650℃ /8min/m 和 650℃ /10h,圖 3 為不同熱處理工藝處理后晶粒尺寸和回彈數值對比,圖 4 為不 同熱處理工藝處理后的顯微組織。結果表明,連續和卷式真空熱 處理的顯微組織均為等軸組織,平均晶粒尺寸分別為 9.4μm 和 31.8μm,回彈數值分別為 8.9mm 和 7.7mm,出現隨著晶粒尺寸的 長大,回彈數值降低的規律。


3.3 材料的屈服強度
張寶坤 [5] 在研究材料性能對回彈影響因素時,認為隨著屈服強度的降低,回彈量呈現減少的趨勢。在化學成分相同的條件 下,采用帶式軋制方式,真空熱處理溫度分別為 650℃、700℃和 750℃,圖 5 為連續和卷式真空熱處理工藝的橫向屈服強度值和 回彈數值。結果表明,隨著熱處理溫度的升高,連續和卷式真空 熱處理工藝的橫向屈服強度值逐漸減小,回彈數值也相應減小。
因此,在一定范圍內,提高真空熱處理溫度可以改善工業純鋯的 沖壓成型效果。
 
3.4 沖壓成型速度
圖 6 為在沖壓成型模具相同的條件下,采用 40m/min、50m/ min 和 60m/min 三種不同沖壓成型速度的回彈數值。結果表明,在 40~60m/min 的沖壓速度范圍內,沖壓成型回彈數值呈現先減 小后增加的趨勢,在 50m/min 時的回彈數值小,成型效果佳。

4  結論 
(1)工業純鋯片式生產比帶式生產沖壓成型回彈小,材料性能的各向異性不利于鮑爾環的成型效果。 
(2)采用帶式軋制方式生產時,連續和卷式真空熱處理的顯微組織均為等軸組織,出現隨著晶粒尺寸的長大,回彈數值降低的規律。
(3)在 650 ~ 750℃范圍內,隨著真空熱處理溫度的增加,
連續和卷式真空熱處理工藝的橫向屈服強度值逐漸減小,回彈 數值也相應減小。
(4)在 40~60m/min 的沖壓速度范圍內,沖壓成型回彈數值 呈現先減小后增加的趨勢,在 50m/min 時的回彈數值小,成 型效果佳。

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