皺折品

即折白。 2100433B

crease；wrinkle

因而在加工增強(qiáng)塑料時應(yīng)防止這種缺陷的出現(xiàn)，使樹脂和增強(qiáng)材料混合均勻，對層壓材料使基材浸漬樹脂均勻等都是有效克服皺折出現(xiàn)的有效措施。

英文名：Fold2100433B

表面皺折是增強(qiáng)塑料中增強(qiáng)材料形成的折痕。這是成型后的一種缺陷，這種缺陷不僅使表面不平整而且使材料的性能受到影響。防止復(fù)合材料表面皺折的措施是對復(fù)合材料毛還進(jìn)行預(yù)壓實(shí)與預(yù)吸膠，選用與復(fù)合材料相匹配的模具材料，使模具盡可能地光滑。

鐵素體不銹鋼是指在高溫和室溫均具有完全鐵素體或以鐵素體為主體結(jié)構(gòu)，且Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于10.5%的一系列鐵基合金。為了賦予此類合金一些特定性能，還常加入適量的Mo、Ni、Nb和Ti等元素。鐵素體不銹鋼作為一種節(jié)鎳、低成本不銹鋼，受到各界廣泛關(guān)注。鐵素體不銹鋼在深拉、深沖成形過程中應(yīng)變量較大時會在制品表面產(chǎn)生一種皺折缺陷。皺折的產(chǎn)生損傷了制品的外觀，必須經(jīng)過研磨和拋光以消除其影響，甚至嚴(yán)重時難以去除，降低成品率，大大增加生產(chǎn)成本。因此，正確認(rèn)識和評價鐵素體不銹鋼的表面皺折缺陷就顯得尤為重要。然而，國內(nèi)外還沒有建立評價鐵素體不銹鋼表面皺折的統(tǒng)一規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。研究主要討論界定表面皺折現(xiàn)象，分析其現(xiàn)有評價方法存在的問題并提出相應(yīng)解決方法。

表面皺折皺折原理

皺折，或稱為起皺，是鐵素體不銹鋼在深拉、深沖成形過程中應(yīng)變量較大時在制品表面產(chǎn)生的一種表面缺陷。這種缺陷常發(fā)生在平行于板的軋制方向上，表現(xiàn)為一束波浪起伏的平行條紋，如圖1所示。表面皺折缺陷與鐵素體不銹鋼在屈服點(diǎn)塑性變形時產(chǎn)生的“呂德斯帶”不同。后者是鐵素體不銹鋼發(fā)生約2%的屈服變形（“呂德斯應(yīng)變”）時產(chǎn)生的與薄板的軋制方向成45°的帶狀條紋，如圖2所示?！皡蔚滤箮А蓖梢酝ㄟ^降低C、N間隙原子消除柯氏氣團(tuán)或經(jīng)過2%的平整軋制得以消除，而鐵素體不銹鋼的表面皺折缺陷還無法完全消除。相同的是，表面皺折和“呂德斯帶”都會破壞鐵素體不銹鋼成形件的表面質(zhì)量，降低表面反光的均勻度，影響形狀及尺寸的精度，增加昂貴的機(jī)械研磨和拋光等生產(chǎn)工序，大大增加生產(chǎn)成本，亟待改善。

此外，表面皺折也與鐵素體不銹鋼的表面“橘皮”缺陷不同。后者是鐵素體不銹鋼冷軋板因退火溫度過高而形成不均勻的異常粗大的混晶組織時，由于晶粒間變形程度差異明顯且彼此難以協(xié)調(diào)，使材料宏觀變形嚴(yán)重不均，最終形成凹凸不平的橘皮狀表面缺陷?！伴倨ぁ比毕菔潜缺砻姘櫿鄹鼑?yán)重的表面缺陷，而且“橘皮”缺陷出現(xiàn)的同時，往往也疊加了表面皺折缺陷。圖3示出了不同冷軋退火溫度的Cr17鐵素體不銹鋼拉伸試樣在室溫條件下經(jīng)15%拉伸后的表面形貌。當(dāng)冷軋板退火溫度為925℃時，薄板表面存在明顯的與軋向平行的皺折缺陷。1000℃時，薄板表面開始出現(xiàn)輕微的“橘皮”缺陷，同時還能觀察到平行于軋向的皺折缺陷。升高到1100℃時，“橘皮”缺陷更加嚴(yán)重，同時疊加了皺折缺陷，表面質(zhì)量進(jìn)一步惡化?？梢?，采用合理的冷軋退火制度，可以避免鐵素體不銹鋼發(fā)生“橘皮”缺陷。

表面皺折皺折的形成原因

關(guān)于皺折產(chǎn)生的原因，主要有兩種觀點(diǎn)。一種是織構(gòu)不均勻性問題，即認(rèn)為在熱、冷加工過程中某些織構(gòu)沿軋向分布，使板料在制造產(chǎn)品的過程中，由于塑性變形的各向異性，在板厚方向產(chǎn)生應(yīng)變差別而引起皺折；另一種是合金元素偏析問題，即認(rèn)為Cr17鐵素體不銹鋼在鋼錠凝固時產(chǎn)生成分偏析的柱狀晶，這種成分的不均勻性，在隨后的熱加工和熱處理過程中很難完全消除，而且隨加工量的增加，成分偏析沿軋向呈帶狀分布，這種化學(xué)成分的偏差導(dǎo)致材料變形性能的不均勻，從而產(chǎn)生皺折現(xiàn)象。更普遍認(rèn)同織構(gòu)不均勻性的觀點(diǎn)，即是由于與鋼板軋制方向平行延伸的結(jié)晶方位相近的晶粒簇的塑性變形不同而產(chǎn)生的，也可以說是由混合織構(gòu)的各向異性塑性流動引起的。這種帶狀晶粒簇被認(rèn)為是源于凝固柱狀晶在熱軋板上形成條狀組織，最終遺傳于冷軋退火板上而產(chǎn)生的。因此，消除冷軋退火板中晶粒簇，提高各織構(gòu)組分分布的均勻性，就能有效地抑制起皺的產(chǎn)生。國內(nèi)外諸多學(xué)者正通過合金設(shè)計(jì)及工藝調(diào)整，從成分、組織、織構(gòu)及第二相等方面的控制來降低表面皺折程度，改善鐵素體不銹鋼的成形性能及表面質(zhì)量。

表面皺折皺折的評價

（1）表征參數(shù)

鐵素體不銹鋼起皺程度的測定，通常是將沿薄板軋向切取的拉伸試樣進(jìn)行一定變形量以后，用表面粗糙度測定儀測出表面輪廓曲線，其評價長度內(nèi)最大波峰和最大波谷之和即鋼的皺折高度，如圖4所示的輪廓曲線以及相應(yīng)的皺折高度。但這種僅考慮最大波峰和最大波谷Pt值的考量方法，在皺折波峰數(shù)量較多但波峰高度偏小的情況下，就顯得有些不足。因此，除了Pt參數(shù)外，還應(yīng)該考慮表面輪廓的算數(shù)平均偏差，也可以稱之為皺折平均偏差。

還很多研究人員采用表面粗糙度輪廓曲線上計(jì)算得出的輪廓算數(shù)平均偏差和輪廓總高度來衡量起皺程度，認(rèn)為Ra和Rt越大，則表面皺折嚴(yán)重，表面質(zhì)量越差。這種表征方法是不完整的、不充分的，因?yàn)榇植诙容喞€是利用濾波器將粗糙度儀直接測出的原始輪廓曲線抑制長波成分以后形成的輪廓，二者之間的關(guān)系如圖5所示?？梢?，原始輪廓曲線是粗糙度輪廓曲線和波紋度輪廓曲線疊加的結(jié)果，因此僅僅由表征粗糙程度的Ra和Rt不足以表征材料表面的皺折程度。尤其是當(dāng)表面比較光滑，而皺折引起的隆起較平緩時，單純采用Ra和Rt表征的皺折程度是不真實(shí)的。

此外，由于粗糙度輪廓曲線是原始輪廓曲線經(jīng)長波濾波處理獲得的，因此表面粗糙度必然與表面原始輪廓有一定的相關(guān)性。這一點(diǎn)也可以從圖4所示的4條表面輪廓曲線看出，若分別對這4條曲線進(jìn)行濾波，就能獲得相應(yīng)的粗糙度輪廓曲線，進(jìn)而計(jì)算得到表征粗糙程度的Ra和Rt值。表面光滑的皺折和表面粗糙的皺折是兩種完全不同的表面缺陷，因此粗糙度也是皺折缺陷的特征之一。也就是說，粗糙度特征值可以作為表征皺折缺陷的補(bǔ)充參數(shù)，綜合評價過程中應(yīng)該予以考慮。綜上所述，鐵素體不銹鋼表面起皺程度的評價，應(yīng)該同時將皺折高度Pt和皺折平均偏差Pa作為主要考量參數(shù)，并且將表征表面粗糙程度的Ra和Rt值作為補(bǔ)充考量參數(shù)。這種多參量的評價體系才能全面地反映鐵素體不銹鋼表面起皺程度。

（2）試樣類型及測試條件

鐵素體不銹鋼皺折性能，通常采用薄板拉伸試驗(yàn)的方法確定。國內(nèi)大多數(shù)研究人員都根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T228.1-2010，在冷軋退火板上沿軋向切取狗骨形拉伸試樣，而且往往選用P5號非比例試樣的情況較多。少數(shù)研究人員參考日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JISZ2201，選用5號試樣。常用試樣類型對比如表1所示。表面皺折畢竟是一種宏觀缺陷，因此研究推薦選用平行段寬度較大的5號試樣，使測試結(jié)果更接近實(shí)際且具有代表性。拉伸應(yīng)變速率根據(jù)國標(biāo)中常規(guī)拉伸試驗(yàn)方法選擇即可，一般不超過0.008s^-1（即橫梁移動速度小于24mm/min）。研究中，預(yù)拉伸有15%、20%和25%3種最常用的變形量。變形量越大皺折越明顯，但變形量的選擇必須保證各個對比試樣的變形為均勻塑性變形。因此，為了穩(wěn)定可靠地對比研究皺折缺陷，應(yīng)該在均勻塑性變形區(qū)內(nèi)選擇較大的變形量，同時選擇較小的應(yīng)變速率。

（3）測試方法

鐵素體不銹鋼表面皺折的評價及對比分析，都應(yīng)該采用統(tǒng)一的測試方法進(jìn)行檢測。本文推薦按以下步驟進(jìn)行檢測：①表面預(yù)處理。首先對拉伸試樣表面進(jìn)行清理，以除去表面氧化層、油污等影響測試結(jié)果準(zhǔn)確性的不利因素。研究人員主要采用兩種表面清理方式：酸洗法和砂紙打磨法。酸洗法主要適用于試樣表面平整的情況，經(jīng)過酸洗就能獲得光滑干凈的測試表面。不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)場測試時就主要采用酸洗的方法進(jìn)行表面清理，然后直接進(jìn)行后續(xù)的拉伸變形和皺折高度測試。對于在實(shí)驗(yàn)室條件下制備的材料，研究人員通常采用砂紙打磨法。由于實(shí)驗(yàn)室制備材料的表面質(zhì)量差，研究人員往往用一系列型號的砂紙多次打磨拉伸試樣平行段，直至表面平整光亮，然后進(jìn)行后續(xù)測試。酸洗法在應(yīng)用中存在的問題是酸洗后的表面質(zhì)量對皺折測試影響大，而且對測試樣品的初始表面質(zhì)量要求高，具有一定的局限性。砂紙打磨法存在的問題是平行段寬度方向和長度方向的人工打磨量不均勻，而且厚度方向的打磨量難以把握。打磨量不均勻會使表面不同位置裸露不同厚度層的組織，從而人為導(dǎo)致同一拉伸試樣上不同位置的變形差異。厚度方向表面打磨量過大，不能反映試樣表面真實(shí)地起皺程度，測試結(jié)果失真。另外，兩個平行試樣或者多個對比試樣的打磨量、初始表面粗糙度都無法保證一致時，測試結(jié)果的可對比性差，給性能對比評價帶來困難?？梢?，砂紙打磨法可靠性差，而且處理過程費(fèi)時費(fèi)力，測試效率低。因此，研究推薦首先采用酸洗法對試樣表面進(jìn)行清理，僅僅作為預(yù)處理。

②電解拋光處理。為解決表面預(yù)處理后仍然存在的問題，本文提出對酸洗后的試樣平行段進(jìn)行電解拋光的處理方法。通過合理調(diào)整電解拋光參數(shù)，對預(yù)處理后的平行段待測試面進(jìn)行電解拋光，最終獲得均勻、平整、光潔的表面。該方法可操作性強(qiáng)、表面處理效果穩(wěn)定，而且表層拋光去除量可控，有利于準(zhǔn)確測量鐵素體表面起皺高度，也有利于不同生產(chǎn)工藝的材料以及不同合金成分的材料間進(jìn)行起皺性能的對比研究。

③拉伸預(yù)變形。參考國標(biāo)GB/T228.1-2010，在拉伸試驗(yàn)機(jī)上，以一定的應(yīng)變速率進(jìn)行拉伸預(yù)變形，變形量為15%～25%。為便于操作，本文推薦選用應(yīng)變速率0.001s^-1（即橫梁移動速度3mm/min）。變形量的選擇要保證試樣發(fā)生均勻塑性變形，本文建議選擇材料均勻塑性變形內(nèi)較大的變形量，中鉻鐵素體不銹鋼可選擇20%的變形量。

④起皺高度測試。采用粗糙度測量儀在拉伸試樣平行段上，沿寬度方向測量表面輪廓曲線，獲取主要考量參數(shù)皺折高度Pt和皺折平均偏差Pa以及補(bǔ)充考量參數(shù)Ra、Rt。至少采集5個測試點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并取平均值。

表面皺折皺折研究結(jié)論

綜上所述，研究主要討論界定了鐵素體不銹鋼表面皺折缺陷并與其他表面缺陷進(jìn)行了區(qū)別分析，介紹了表面皺折缺陷的形成原因，進(jìn)而厘清表面皺折缺陷的考量參數(shù)，同時提出可供參考的測試方法。研究提到的問題，主要在以下幾個方面：

（1）皺折或稱為起皺，是鐵素體不銹鋼在深拉、深沖成形過程中應(yīng)變量較大時，會在制品表面產(chǎn)生一種平行于板的軋制方向，表現(xiàn)為一束波浪起伏的平行條紋表面缺陷。這是與鐵素體不銹鋼表面出現(xiàn)的“呂德斯帶”和“橘皮”缺陷不同的表面缺陷。

（2）表面皺折的形成原因，普遍認(rèn)為是由于與鋼板軋制方向平行延伸的結(jié)晶方位相近的晶粒簇的塑性變形不同而產(chǎn)生的，也可以說是由混合織構(gòu)的各向異性塑性流動引起的。因此，消除冷軋退火板中晶粒簇，提高各織構(gòu)組分分布的均勻性，就能有效地抑制起皺的產(chǎn)生。

（3）表面皺折程度的評價應(yīng)該同時將皺折高度Pt和皺折平均偏差Pa作為主要考量參數(shù)，并將表征表面粗糙程度的Ra、Rt值作為補(bǔ)充考量參數(shù)。這種多參量的評價體系才能夠全面地反映鐵素體不銹鋼表面起皺程度。

（4）表面皺折是一種宏觀缺陷，為使測試結(jié)果更接近實(shí)際，本文推薦選用平行段寬度較大的試樣，并建議選擇材料均勻塑性變形區(qū)內(nèi)較大的變形量，同時選擇較小的應(yīng)變速率。

（5）研究推薦采用酸洗法對試樣表面進(jìn)行預(yù)處理，并提出對酸洗后的試樣平行段進(jìn)行電解拋光的處理方法，然后進(jìn)行后續(xù)的拉伸變形和皺折高度測試。電解拋光處理的方法能夠高穩(wěn)定性、高效率、高質(zhì)量地對拉伸試樣進(jìn)行表面處理，便于可靠地評價和對比鐵素體不銹鋼的起皺性能。