工业铝型材挤压变形不均匀性与残余应力

如果工业铝型材在挤压过程结束以后不经受外务作用的话，那么，变形状态的不均匀性是产生残余应力的基本原因。由于塑性变形区各部分的温度不均，在工业铝型材制品中也会产生残余应力。但是，因为这种温度的不均匀性比较小，所以，由此而产生的残余应力值也不大。因此可以认为，工业铝型材挤压制品从塑性变形区流出瞬间的应力状态主要取决于由变形不均所引起的残余应力。

在大多数挤压过程中，周边层的主拉伸变形要比在中心层大。因此，周边层的拉伸弹性变形大于中心层的拉伸弹性变形。按照内力相互平衡的条件，这就会导致周边层为完全消除弹性变形而产生的收缩要小一些。而中心层为完全消除弹性变形而产生的收缩要大一些。结果，从模孔中流出来的工业铝型材挤压制品内，中心层产生了纵向压缩应力，而其周边层则产生残余拉伸应力。在挤压（未进行随后加工）的圆棒中。

应该注意到，在工业铝型材型材挤压时，其各部分流动速度的不均匀性是产生残余应力另一个原因。这些残余应力被型材各个部分的相互作用力所平衡，因而可能改变上述纵向残余力的分布图形。实践经验证明，棒材从塑性变形区流出后，由于弹性变形的缘故，其径向尺寸稍有增加。由于径向尺寸的这种增加，势必对各同心环层之间造成一种径向压缩应力，这种应力状态正如同一组承受有内、外压力逐渐降低为零的同心管中的应力状态一样。图2-17b为径向应力的分布示意图。由于应力呈对称分布，所以，尽管都为负号，但彼此之间仍可得到平衡。两个已示出的纵向和径向残余应力分布图形，确定了圆周应力图的分布形式。实际上，由于产生了径向压缩应力，在外周环形层中的横向应力只能是拉伸应务，因此，为了平衡各层之间的应力，内环形层中心的横向应力必须是压缩应力。

热挤压时，由于工业铝型材挤压制品的随后冷却，往往会改变上述的应力状态，这种改变有时是十分明显的。例如，当缓慢冷却时，常可导致类似于进行低温退火时的结果，即可能使残余应力几乎完全消除。在此表面积不大的型材中，由于热惯性大，出现这种缓慢冷却形式的可能性就较大。

在挤压大直径棒材和厚壁工业铝型材时，除了因组织转变所引起的应力状态的改变外，由于周边层和中心层冷却的不均，也可能产生新的残余应力。

周边层的快速冷却，起初会导致周边层的收缩和纵向拉伸应力的增加，而后，由于内层热量的影响，这种应力可能会消失。然而，内层金属由于受到冷却而产生收缩，从而在周边层此起纵向压缩应力，在内层则引起拉伸应力。同时，也可能出现圆周应力。

在这里，应该注意到直径（或壁厚）的影响。显然，直径（或壁厚）越小，热惯性就越小，纵向层的温度就均衡得越快，出现温度残余应力的可能性就越小。在不对称变形的条件下，由于出现了一种不对称型的残余应务，所以，增大了总的残余应力值。

不对称型残余应力的直接结果是使工业铝型材挤压制品产生翘曲。在温度不均匀的条件下，也可能产生不对称型残余应务。当挤压已变凉的管材时，由于冷管包住了热针，所以，会产生更大的应力。这种应力可能在管材上引起纵向裂纹。因此，减少变形区中的变形和温度场的不均匀性具有十分重要的意义。