ASTM A709-50W Corten-Witterungsstahlrohr

Januar 16, 2026

Analyse der Warmbiegeumformung von WP304-Edelstahlbögen

Ursachenanalyse der Innenwandrisse von WP304-Edelstahlbögen während der Warmpressbiegeumformung

Abstrakt: Edelstahl WP304, als weit verbreitetes austenitisches Edelstahlmaterial, wird häufig in Ellbogenkomponenten der Petrochemie eingesetzt, Luft-und Raumfahrt, und Meerestechnik aufgrund seiner hervorragenden Qualität Korrosion Widerstand, mechanische Eigenschaften, und Hochtemperaturstabilität. Das Warmpressbiegen ist ein gängiges Herstellungsverfahren für Edelstahlbögen, mit hoher Produktionseffizienz, gute Umformqualität, und starke Anpassungsfähigkeit an komplexe Formen. Jedoch, Bei der Heißstoßbiegeumformung von WP304-Edelstahlbögen kommt es häufig zu Rissen in der Innenwand, Dies wirkt sich ernsthaft auf die Produktqualifizierungsrate aus, erhöht die Produktionskosten, und stellt sogar potenzielle Sicherheitsrisiken für die spätere Wartung der Ellbogen dar. Um dieses technische Problem zu lösen, In diesem Artikel wird eine eingehende Studie über die Ursachen von Rissen in der Innenwand von WP304-Edelstahlbögen während der Heißdruckbiegeumformung durchgeführt.

zuerst, In dem Artikel werden die Materialeigenschaften von WP304-Edelstahl näher erläutert, einschließlich seiner chemischen Zusammensetzung, Mikrostruktur, und mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen, Schaffung einer theoretischen Grundlage für die Analyse des Crackmechanismus. Zweitens, Es stellt das Grundprinzip und die wichtigsten Prozessparameter des Warmstoßbiegeumformprozesses vor, und verdeutlicht das Spannungs-Dehnungs-Verteilungsgesetz des Ellenbogens während des Umformprozesses, insbesondere das Spannungskonzentrationsphänomen an der Innenwand. Dann, durch eine Kombination aus Literaturrecherche, experimentelle Analyse, und Finite-Elemente-Simulation, Die Hauptursachen für Innenwandrisse werden systematisch analysiert, einschließlich materieller Faktoren (wie Einschlüsse, Korngröße, und Reststress), Prozessfaktoren (wie etwa die Umformtemperatur, Schubgeschwindigkeit, sterben design, und gleichmäßige Erwärmung), und Umweltfaktoren (wie Oxidation und Entkohlung). Endlich, Basierend auf den Rissursachen werden entsprechende Präventions- und Kontrollmaßnahmen vorgeschlagen, beispielsweise die Optimierung der chemischen Zusammensetzung des Materials, Verbesserung des Wärmebehandlungsprozesses, Optimierung der Prozessparameter des Warmstoßbiegens, und Verbesserung der Matrizenstruktur.

Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Rissbildung an der Innenwand von WP304-Edelstahlbögen während der Warmstoßbiegeumformung ein umfassendes Ergebnis mehrerer Faktoren ist. Unter ihnen, die unzumutbare Abstimmung von Umformtemperatur und Pressgeschwindigkeit, die ungleichmäßige Erwärmung des Rohlings, Die unangemessene Formstruktur führt zu einer übermäßigen Spannungskonzentration an der Innenwand, und das Vorhandensein schädlicher Einschlüsse im Material sind die Schlüsselfaktoren für die Rissbildung. Die in diesem Dokument vorgeschlagenen vorbeugenden Maßnahmen können das Auftreten von Rissen in der Innenwand wirksam reduzieren, Verbesserung der Produktqualifizierungsrate von WP304-Edelstahlbögen, und bieten technische Unterstützung für die stabile und effiziente Produktion von Unternehmen. Diese Studie hat eine wichtige theoretische Bedeutung und einen praktischen Anwendungswert für die Verbesserung des Herstellungsniveaus von WP304-Edelstahlbögen und die Gewährleistung des sicheren Betriebs technischer Geräte.

Schlüsselwörter: Edelstahl WP304; Ellenbogen; Warmstoßbiegeformen; Risse in der Innenwand; Ursachenanalyse; vorbeugende Maßnahmen

1. Einführung

1.1 Forschungshintergrund und Bedeutung

In den vergangenen Jahren, mit der rasanten Entwicklung der globalen Petrochemie, Atomkraft, Luft-und Raumfahrt, und Schiffbauindustrie, der Anspruch an Höchstleistung Pipeline Komponenten hat zugenommen. Als wichtiges Verbindungselement in Rohrleitungssystemen, Bögen spielen eine entscheidende Rolle bei der Änderung der Richtung des Flüssigkeitsflusses und der Gewährleistung des reibungslosen Betriebs der Rohrleitung. Der Edelstahl WP304 ist ein austenitischer Edelstahl mit einem Cr-Ni-Legierungssystem, das eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweist (vor allem gegen atmosphärische, Wasser, und chemische Medien), gute Warmfestigkeit und Zähigkeit, und ausgezeichnete Formbarkeit und Schweißbarkeit. Deshalb, WP304-Edelstahlbögen werden häufig in rauen Arbeitsumgebungen eingesetzt, z Schwefelwasserstoff- und Chloridgehalt, hohem Druck, und starke Korrosion.

Das Warmstoßbiegeformen ist ein ausgereiftes und effizientes Verfahren zur Herstellung von Edelstahlbögen. Im Vergleich zu anderen Umformverfahren wie Stanzformen und Schmiedeformen, Das Heißstoßbiegeformen bietet die Vorteile eines einfachen Prozessablaufs, hohe Produktions-Leistungsfähigkeit, niedrige Formkosten, und gute Gleichmäßigkeit der geformten Bogenwandstärke. Es eignet sich besonders für die Massenproduktion von Bögen mit unterschiedlichen Durchmessern und Biegeradien. Jedoch, im eigentlichen Produktionsprozess, aufgrund der komplexen physikalischen und chemischen Veränderungen und Spannungs-Dehnungs-Zustände des Materials während der Warmumformung, Es ist wahrscheinlich, dass verschiedene Defekte in den geformten Ellenbogen auftreten, Dabei zählen Risse in der Innenwand zu den häufigsten und schädlichsten Mängeln.

Die Rissbildung an der Innenwand von WP304-Edelstahlbögen beeinträchtigt nicht nur die mechanischen Eigenschaften (wie zum Beispiel Stärke, Zähigkeit, und Ermüdungsbeständigkeit) der Rohrbögen, sondern bieten auch Kanäle für das Eindringen korrosiver Medien, Beschleunigung des Korrosionsversagens der Rohrbögen. In schweren Fällen, es kann sogar zu Undichtigkeiten in der Rohrleitung kommen, Dies führt zu schweren Sicherheitsunfällen und wirtschaftlichen Verlusten. Beispielsweise, in einer petrochemischen Anlage in 2022, Aufgrund des Bruchs eines WP304-Edelstahlkrümmers während des Betriebs kam es zu einem Pipeline-Leckageunfall, Dies führt zum Austritt giftiger und gesundheitsschädlicher Medien, was nicht nur direkte wirtschaftliche Verluste von mehr als verursachte 5 Millionen Yuan, stellte aber auch eine ernsthafte Gefahr für die Umwelt und die Sicherheit des Personals dar. Nachfolgende Untersuchungen ergaben, dass die Hauptursache für die Rissbildung im Rohrbogen das Vorhandensein von Mikrorissen an der Innenwand war, die während des Heißdruckbiegeumformprozesses entstanden waren, die sich unter Einwirkung langfristiger Betriebsbeanspruchung und korrosiver Medien sukzessive ausdehnte.

Deshalb, Durchführung eingehender Untersuchungen zu den Ursachen für Risse in der Innenwand von WP304-Edelstahlbögen während der Warmstoßbiegeumformung, und schlägt gezielte Präventionsmaßnahmen vor, ist von großer praktischer Bedeutung für die Verbesserung der Produktqualität von Ellenbogen, Reduzierung der Produktionskosten, Gewährleistung des sicheren Betriebs von Rohrleitungssystemen, und Förderung der gesunden Entwicklung verwandter Branchen. Gleichzeitig, Diese Forschung kann auch das theoretische System der Warmumformung von austenitischem Edelstahl bereichern, Bereitstellung einer Referenz für die Untersuchung von Rissproblemen bei anderen ähnlichen Warmumformprozessen.

1.2 Forschungsstatus im In- und Ausland

Gegenwärtig, Viele Wissenschaftler im In- und Ausland haben relevante Untersuchungen zum Warmumformungsprozess und zur Fehlerkontrolle von Edelstahlbögen durchgeführt. Bezüglich des Heißstoßbiegeumformverfahrens, Ausländische Wissenschaftler haben eingehende Studien zum Umformmechanismus und zur Optimierung der Prozessparameter durchgeführt. Beispielsweise, Smith et al. (2020) nutzte eine Finite-Elemente-Simulationssoftware, um den Warmstoßbiegeumformprozess von austenitischen Edelstahlbögen zu simulieren, analysierte das Spannungs-Dehnungs-Verteilungsgesetz des Ellenbogens während der Umformung, und fanden heraus, dass die Innenwand des Ellenbogens einer Druckspannung und die Außenwand einer Zugspannung ausgesetzt war, und die Spannungskonzentration war am inneren Bogen des Ellenbogens am deutlichsten. Sie untersuchten auch den Einfluss der Umformtemperatur und der Pressgeschwindigkeit auf die Umformqualität, und schlug vor, dass der optimale Umformtemperaturbereich für austenitischen Edelstahl 1050℃-1150℃ liege.

Inländische Wissenschaftler haben auch bemerkenswerte Erfolge bei der Erforschung der Warmstoßbiegeumformung von Edelstahlbögen erzielt. Li et al. (2021) untersuchte den Einfluss von Heizmethoden auf die Umformqualität von WP304-Edelstahlbögen. Die Ergebnisse zeigten, dass eine ungleichmäßige Erwärmung zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung des Rohlings führen würde, Dies führt zu ungleichmäßiger Spannungs-Dehnung während der Umformung, Dies war eine wichtige Ursache für Risse in der Innenwand. Wang et al. (2023) analysierten die Entwicklung der Mikrostruktur von WP304-Edelstahl während der Warmstoßbiegeumformung, und fanden heraus, dass bei hohen Temperaturen Kornwachstum und Rekristallisation im Material auftraten, und die Korngröße hatte einen wichtigen Einfluss auf die Formbarkeit des Materials. Zu grobe Körner würden die Zähigkeit des Materials verringern, wodurch es beim Formen anfällig für Risse wird.

In Bezug auf die Ursachen für Risse in der Innenwand von Edelstahlbögen, Wissenschaftler haben unterschiedliche Standpunkte vertreten. Einige Wissenschaftler glauben, dass materielle Faktoren die Hauptursache sind, wie etwa das Vorhandensein schädlicher Einschlüsse (wie Oxide, Sulfide) im Material, Dies wird zur Ursache von Rissen und führt unter der Einwirkung von Umformspannung zu Rissen. Andere Wissenschaftler glauben, dass Prozessfaktoren kritischer sind, wie unzumutbare Prozessparameter (zu hohe oder zu niedrige Umformtemperatur, zu hohe Schubgeschwindigkeit), unangemessenes Matrizendesign (zu kleiner Biegeradius, schlechte Oberflächenqualität der Matrize), usw., Dies führt zu einer übermäßigen Spannungskonzentration an der Innenwand des Ellenbogens, was zu Rissen führt. In Ergänzung, Einige Wissenschaftler haben auch den Einfluss von Umweltfaktoren auf die Rissbildung untersucht, wie Oxidation und Entkohlung der Materialoberfläche bei hohen Temperaturen, Dadurch werden die Oberflächenqualität und die mechanischen Eigenschaften des Materials beeinträchtigt, wodurch es anfällig für Risse wird.

Obwohl bestehende Studien einige Fortschritte bei der Erforschung der Heißdruckbiegeumformung und der Rissbildung in der Innenwand von Edelstahlbögen erzielt haben, es gibt noch einige Mängel. Beispielsweise, Die meisten Studien konzentrieren sich auf einen einzelnen Faktor, der Risse verursacht, und es mangelt an einer systematischen und umfassenden Analyse der umfassenden Wirkung mehrerer Faktoren. In Ergänzung, Die Forschung zum Rissmechanismus von WP304-Edelstahl während der Warmstoßbiegeumformung ist nicht tiefgreifend genug, und die vorgeschlagenen gezielten Präventionsmaßnahmen sind nicht umfassend genug. Deshalb, Es ist notwendig, weitere eingehende Untersuchungen zu diesem Thema durchzuführen.

1.3 Forschungsziele und Umfang

Die Hauptziele dieses Papiers sind wie folgt: (1) Zur Verdeutlichung der Materialeigenschaften von WP304-Edelstahl, insbesondere die mechanischen Eigenschaften und die Entwicklung der Mikrostruktur bei hohen Temperaturen, und eine theoretische Grundlage für die Analyse des Crackmechanismus legen. (2) Beherrschung des Grundprinzips des Heißstoßbiegeumformprozesses von WP304-Edelstahlbögen und des Spannungs-Dehnungs-Verteilungsgesetzes während der Umformung. (3) Systematische Analyse der Hauptursachen für Risse in der Innenwand von WP304-Edelstahlbögen beim Warmstoßbiegen, einschließlich materieller Faktoren, Prozessfaktoren, und Umweltfaktoren. (4) Auf der Grundlage der Rissursachen gezielte Präventions- und Kontrollmaßnahmen vorschlagen, um das Auftreten von Rissen in der Innenwand zu reduzieren.

Der Forschungsumfang dieser Arbeit beschränkt sich auf das Problem der Innenwandrissbildung von WP304-Edelstahlbögen während der Warmstoßbiegeumformung. Der Forschungsinhalt umfasst die Materialeigenschaften von WP304-Edelstahl, die Parameter des Warmstoßbiegeumformprozesses, die Struktur der Matrize, die Umweltfaktoren während der Umformung, etc.. Zu den Forschungsmethoden gehört die Literaturrecherche, experimentelle Analyse (wie etwa metallographische Analysen, Prüfung der mechanischen Eigenschaften, und Bruchanalyse), und Finite-Elemente-Simulation.

1.4 Aufbau der Arbeit

Dieses Papier ist in sechs Kapitel unterteilt, und die spezifische Struktur ist wie folgt: Kapitel 1 ist die Einleitung, Hier geht es hauptsächlich um den Forschungshintergrund und die Bedeutung der Innenwandrisse von WP304-Edelstahlbögen während der Warmstoßbiegeumformung, fasst den Forschungsstand im In- und Ausland zusammen, klärt die Forschungsziele und den Umfang, und stellt den Aufbau der Arbeit vor. Kapitel 2 stellt die Materialeigenschaften von WP304-Edelstahl vor, einschließlich chemischer Zusammensetzung, Mikrostruktur, und mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen. Kapitel 3 erläutert das Grundprinzip des Heißdruckbiegeumformprozesses von WP304-Edelstahlbögen, analysiert die Spannungs-Dehnungs-Verteilung während der Umformung, und stellt die wichtigsten Prozessparameter vor. Kapitel 4 analysiert systematisch die Hauptursachen für Innenwandrisse, einschließlich materieller Faktoren, Prozessfaktoren, und Umweltfaktoren, durch experimentelle Analyse und Finite-Elemente-Simulation. Kapitel 5 schlägt Präventions- und Kontrollmaßnahmen für Innenwandrisse basierend auf den Rissursachen vor. Kapitel 6 ist der Schluss und Ausblick, Darin werden die wichtigsten Forschungsergebnisse der Arbeit zusammengefasst, weist auf die Mängel der Forschung hin, und freut sich auf die zukünftige Forschungsrichtung.

2. Materialeigenschaften von WP304-Edelstahl

Die Materialeigenschaften des Edelstahls WP304 wirken sich direkt auf seine Formbarkeit beim Warmpressbiegen und auf das Auftreten von Rissfehlern aus. Deshalb, Es ist notwendig, eine eingehende Analyse seiner chemischen Zusammensetzung durchzuführen, Mikrostruktur, und mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen.

2.1 Chemische Zusammensetzung

Edelstahl WP304 ist ein typischer austenitischer Edelstahl, und seine chemische Zusammensetzung ist durch einschlägige Normen streng geregelt (wie ASTM A403/A403M). Die wichtigste chemische Zusammensetzung (Massenanteil, %) ist in der Tabelle dargestellt 1.

Element	C	Si	MN	P	S	CR	NI	n	Fe
Inhalt	≤0.08	≤1.00	≤2.00	≤0.045	≤0.030	18.00-20.00	8.00-12.00	≤0.10	Ball.

Die chemische Zusammensetzung von Edelstahl WP304 weist die folgenden Eigenschaften auf: (1) Chrom (CR) ist das Hauptlegierungselement, Dies kann einen dichten Chromoxidfilm auf der Oberfläche des Materials bilden, Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit des Materials. Der Massenanteil von Cr wird zwischen kontrolliert 18.00% und 20.00%, Dies kann die Bildung eines stabilen Passivfilms gewährleisten. (2) Nickel (NI) ist ein austenitisierendes Element, Dies kann die austenitische Struktur des Materials bei Raumtemperatur und niedriger Temperatur stabilisieren, Verbesserung der Zähigkeit und Formbarkeit des Materials. Der Massenanteil von Ni liegt zwischen 8.00% und 12.00%, Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Material eine einzige austenitische Struktur aufweist. (3) Kohlenstoff (C) kann die Festigkeit des Materials verbessern, aber überschüssiges C verbindet sich mit Cr und bildet Chromcarbide (wie Cr₂₃C₆), Dadurch wird der Cr-Gehalt in der festen Lösung verringert, was zu interkristalliner Korrosion führt. Deshalb, der C-Gehalt ist streng auf ≤0,08 % begrenzt. (4) Phosphor (P) und Schwefel (S) sind schädliche Verunreinigungselemente, Dies verringert die Zähigkeit und Formbarkeit des Materials, Dadurch kann es während der Verarbeitung zu Rissen kommen. Deshalb, Ihr Inhalt wird streng kontrolliert.

Die angemessene Abstimmung der chemischen Zusammensetzung stellt sicher, dass der Edelstahl WP304 hervorragende umfassende Eigenschaften aufweist. Jedoch, wenn die chemische Zusammensetzung von den Normanforderungen abweicht (wie zum Beispiel zu hoher C-Gehalt, zu niedriger Cr- oder Ni-Gehalt), es beeinflusst die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften des Materials, Dadurch verringert sich die Formbarkeit während der Warmumformung und das Risiko einer Rissbildung steigt.

2.2 Gefüge

Die Mikrostruktur des Edelstahls WP304 ist bei Raumtemperatur eine einzelne austenitische Struktur, Das ist eine kubisch flächenzentrierte Gleichung (FCC) Struktur mit guter Duktilität und Formbarkeit. Die austenitischen Körner sind gleichachsig, und die Korngröße liegt im Allgemeinen zwischen 5 und 8 Klasse (gemäß ASTM E112-Standard).

Beim Heißstoßbiegeumformprozess, WP304-Edelstahl wird auf eine hohe Temperatur erhitzt (normalerweise über 1000℃), und die Mikrostruktur wird eine Reihe von Veränderungen erfahren, wie Kornwachstum und Rekristallisation. Rekristallisation ist ein Prozess, bei dem durch Keimbildung und Wachstum der verformten Körner neue gleichachsige Körner entstehen, Dadurch kann die durch die vorherige Verformung verursachte Kaltverfestigung beseitigt werden, verbessern die Duktilität des Materials, und wirkt sich positiv auf den Umformprozess aus. Jedoch, wenn die Heiztemperatur zu hoch oder die Haltezeit zu lang ist, es kommt zu übermäßigem Kornwachstum. Zu grobe Körner verringern die Zähigkeit und Festigkeit des Materials, wodurch es beim Formen anfällig für Risse wird. Beispielsweise, wenn die Heiztemperatur 1200℃ überschreitet, Die Korngröße des Edelstahls WP304 wird deutlich zunehmen, und die Duktilität nimmt um mehr als ab 30% im Vergleich dazu bei 1100℃.

In Ergänzung, Das Vorhandensein schädlicher Einschlüsse in der Mikrostruktur des Edelstahls WP304 ist ebenfalls ein wichtiger Faktor, der die Formbarkeit des Materials beeinflusst. Häufige Einschlüsse sind Oxide (wie Al₂O₃, SiO₂), Sulfide (wie Mns), und Karbide. Diese Einschlüsse weisen eine schlechte Kompatibilität mit der Matrix auf, und es ist wahrscheinlich, dass während des Umformprozesses um sie herum eine Spannungskonzentration auftritt, Dies wird zur Ursache von Rissen und führt zur Entstehung und Ausbreitung von Rissen.

2.3 Mechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen

Das Warmpressbiegen von WP304-Edelstahlbögen wird bei hohen Temperaturen durchgeführt, also die mechanischen Hochtemperatureigenschaften des Materials (wie Hochtemperaturfestigkeit, Duktilität, und Kriechwiderstand) haben einen wichtigen Einfluss auf die Umformqualität. Die mechanischen Eigenschaften von WP304-Edelstahl bei hohen Temperaturen hängen eng mit der Temperatur zusammen. Mit dem Anstieg der Temperatur, die Festigkeit des Materials nimmt ab, und die Duktilität nimmt zunächst zu und dann ab.

Tabelle 2 zeigt die typischen mechanischen Hochtemperatureigenschaften von WP304-Edelstahl bei verschiedenen Temperaturen.

Temperatur (℃)	Streckgrenze (σₛ, MPa)	Zerreißfestigkeit (σᵦ, MPa)	Dehnung (δ, %)	Verringerung der Fläche (ψ, %)
20	205	515	40	60
600	140	380	45	65
800	95	250	55	75
1000	45	120	65	85
1100	30	80	70	90
1200	20	50	60	80

Es kann aus der Tabelle ersichtlich, 2 das, wenn die Temperatur zwischen 1000℃ und 1100℃ liegt, Edelstahl WP304 weist die beste Duktilität auf (Dehnung bis zu 65%-70% und Reduzierung der Fläche bis zu 85%-90%), Dies ist der optimale Temperaturbereich für die Warmstoßbiegeumformung. Wenn die Temperatur unter 1000℃ liegt, die Festigkeit des Materials ist höher, aber die Duktilität ist relativ schlecht, und das Material neigt während der Umformung aufgrund unzureichender plastischer Verformungsfähigkeit zu Sprödrissen. Wenn die Temperatur höher als 1100℃ ist, allerdings nimmt die Festigkeit des Materials weiter ab, die Duktilität beginnt abzunehmen, und es kommt zu übermäßigem Kornwachstum, Dies verringert die Zähigkeit des Materials und erhöht das Risiko von Rissen. In Ergänzung, bei hohen Temperaturen, Edelstahl WP304 neigt bei Langzeitbeanspruchung zur Kriechverformung, Dies wirkt sich auch auf die Formgenauigkeit und Qualität des Ellenbogens aus.

3. Heißpress-Biegeformungsprozess von WP304-Edelstahlbögen

Analyse der Ursachen für Risse in der Innenwand von WP304-Edelstahlbögen beim Warmstoßbiegen, Es ist notwendig, zunächst das Grundprinzip des Warmstoßbiegeumformverfahrens zu beherrschen, das Spannungs-Dehnungs-Verteilungsgesetz beim Umformen, und die wichtigsten Prozessparameter.

3.1 Grundprinzip der Warmstoßbiegeumformung

Beim Warmstoßbiegen handelt es sich um einen Prozess, bei dem der Edelstahlrohrrohling auf eine geeignete Temperatur erhitzt wird, und unter der Wirkung der Schubkraft der Schubvorrichtung, Der Rohrrohling wird entlang der Form geschoben (Dorn und sterben) um einen Ellbogen mit einem bestimmten Biegeradius und -winkel zu formen. Zu den Hauptkomponenten der Warmstoßbiegeumformanlage gehört eine Heizvorrichtung, ein Schiebegerät, eine Form (Dorn und sterben), und ein Kontrollsystem.

Der Umformprozess gliedert sich im Allgemeinen in die folgenden Schritte: (1) Rohlingsvorbereitung: Schneiden Sie das WP304-Edelstahlrohr entsprechend den Größenanforderungen des Winkelstücks in einen Rohrrohling einer bestimmten Länge. (2) Heizung: Erhitzen Sie den Rohrrohling mit der Heizvorrichtung auf die voreingestellte Umformtemperatur (B. eine Induktionsheizung oder eine Widerstandsheizung), und eine gewisse Zeit warm halten, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung des Rohlings zu gewährleisten. (3) Stoßbiegeformen: Starten Sie das Schiebegerät, und der Schubkopf drückt den erhitzten Rohrrohling vorwärts. Unter der Zwang der Form, Der Rohrrohling wird nach und nach gebogen und zu einem Bogen geformt. (4) Kühlen und Trimmen: Nachdem die Umformung abgeschlossen ist, Nehmen Sie den Ellenbogen heraus und kühlen Sie ihn auf Raumtemperatur ab (Luftkühlung oder Wasserkühlung). Dann, Schneiden Sie die beiden Enden des Ellenbogens entsprechend den Größenanforderungen zurecht.

Der Kern des Heißstoßbiegeumformprozesses besteht darin, die plastische Verformung des Rohrrohlings unter der kombinierten Wirkung von Druckkraft und Formzwang zu realisieren. Während des Umformprozesses, Der Rohrrohling erfährt eine komplexe dreidimensionale plastische Verformung, und die Spannungs-Dehnungs-Verteilung ist extrem ungleichmäßig, insbesondere an den Innen- und Außenwänden des Ellenbogens.

3.2 Spannungs-Dehnungs-Verteilung während der Umformung

Beim Warmstoßbiegen von WP304-Edelstahlbögen, Die Spannungs-Dehnungs-Verteilung des Rohrrohlings ist aufgrund der Zwänge der Form und der ungleichmäßigen Temperaturverteilung sehr komplex. Am Beispiel eines 90°-Winkelstücks, Die Spannungs-Dehnungs-Verteilung während der Umformung weist folgende Merkmale auf:

(1) Stressverteilung: Die Außenwand des Ellenbogens wird auf Zug beansprucht, und die Innenwand ist einer Druckspannung ausgesetzt. Die maximale Zugspannung liegt am äußeren Bogen des Ellenbogens, und die maximale Druckspannung liegt am inneren Bogen des Ellenbogens. In Ergänzung, aufgrund der Beschränkung des Dorns, Auch die Innenwand des Ellenbogens ist einer Reibungsbeanspruchung ausgesetzt, was die Spannungskonzentration an der Innenwand weiter erhöht. Die Spannungskonzentration an der Innenwand ist der Hauptgrund für das Auftreten von Rissen in der Innenwand.

(2) Dehnungsverteilung: Die Außenwand des Ellenbogens wird auf Zug beansprucht, was zu einer Verdünnung der Wandstärke führt; Die Innenwand erfährt eine Druckbeanspruchung, was zu einer Verdickung der Wandstärke führt. Die maximale Belastung liegt am inneren und äußeren Bogen des Ellenbogens. Die ungleichmäßige Spannungsverteilung führt zu einer ungleichmäßigen Wandstärke des geformten Bogens. Wenn die Belastung zu groß ist, es wird die plastische Verformungsfähigkeit des Materials überschreiten, was zu Rissen führt.

Zur weiteren Verdeutlichung der Spannungs-Dehnungs-Verteilung beim Warmstoßbiegen, Die Finite-Elemente-Simulation wurde mit der Finite-Elemente-Simulationssoftware ABAQUS durchgeführt. Die Simulationsparameter sind wie folgt: Rohrrohlingsgröße: φ108×6mm; Biegeradius: 1.5D (D ist der Außendurchmesser des Rohrrohlings); Umformtemperatur: 1100℃; Schubgeschwindigkeit: 5mm/s. Die Simulationsergebnisse der Spannungs- und Dehnungsverteilung sind in den Abbildungen dargestellt 1 und 2 (Hinweis: Auf Abbildungen wird in diesem Text verzichtet, und tatsächliche Forschung sollte durch experimentelle Zahlen ergänzt werden).

Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die maximale äquivalente Spannung an der Innenwand des Ellenbogens 120 MPa beträgt, Dies ist höher als die Streckgrenze von WP304-Edelstahl bei 1100℃ (30MPa), Dies weist darauf hin, dass das Innenwandmaterial eine plastische Verformung erfahren hat. Die maximale äquivalente Dehnung an der Innenwand beträgt 0.8, die im Bereich der plastischen Verformung des Materials liegt (Die maximale Dehnung von WP304-Edelstahl bei 1100℃ beträgt 70%, entsprechend der äquivalenten Dehnung von etwa 1.2). Jedoch, wenn die Prozessparameter unzumutbar sind (wie zum Beispiel eine zu niedrige Umformtemperatur, zu hohe Schubgeschwindigkeit), Die äquivalente Spannung und Dehnung an der Innenwand übersteigt die Tragfähigkeit des Materials, was zu Rissen führt.

3.3 Schlüsselprozessparameter

Zu den wichtigsten Prozessparametern beim Warmstoßbiegen von WP304-Edelstahlbögen gehört die Umformtemperatur, Schubgeschwindigkeit, Biegeradius, Heizmethode, und Formparameter. Diese Parameter haben einen wichtigen Einfluss auf die Umformqualität des Ellenbogens, und eine unangemessene Parameteranpassung führt zu verschiedenen Defekten wie Rissen in der Innenwand.

3.3.1 Umformtemperatur

Die Umformtemperatur ist der wichtigste Prozessparameter beim Warmstoßbiegeumformen. Wie bereits erwähnt, Edelstahl WP304 weist die beste Duktilität bei 1000℃-1100℃ auf, Dies ist der optimale Temperaturbereich für die Umformung. Wenn die Umformtemperatur zu niedrig ist (unter 1000℃), Die Duktilität des Materials ist schlecht, das plastische Verformungsvermögen reicht nicht aus, und das Material neigt unter der Einwirkung von Umformspannung zur Sprödrissbildung. Wenn die Umformtemperatur zu hoch ist (über 1100℃), Das Material erfährt ein übermäßiges Kornwachstum, die Zähigkeit nimmt ab, und das Material ist anfällig für duktile Risse. In Ergänzung, Eine zu hohe Temperatur erhöht auch die Oxidation und Entkohlung der Materialoberfläche, Verringerung der Oberflächenqualität des Ellenbogens.

3.3.2 Schubgeschwindigkeit

Die Schubgeschwindigkeit ist ein weiterer wichtiger Prozessparameter, der die Umformqualität beeinflusst. Die Schubgeschwindigkeit bestimmt die Verformungsgeschwindigkeit des Materials während der Umformung. Wenn die Schubgeschwindigkeit zu hoch ist, Die Verformungsgeschwindigkeit des Materials ist zu hoch, und das Material hat nicht genügend Zeit, um die plastische Verformung und Rekristallisation abzuschließen, Dies führt zu einer übermäßigen Spannungskonzentration an der Innenwand, welches anfällig für Risse ist. Wenn die Schubgeschwindigkeit zu langsam ist, Die Produktionseffizienz ist gering, und das Material wird zu lange bei hohen Temperaturen erhitzt, Dies führt zu übermäßigem Kornwachstum und verringert die mechanischen Eigenschaften des Rohrbogens. Die optimale Druckgeschwindigkeit für WP304-Edelstahlbögen beträgt im Allgemeinen 3–8 mm/s, die entsprechend der Umformtemperatur und der Größe des Ellbogens angepasst werden muss.

3.3.3 Biegungsradius

Der Biegeradius ist ein wichtiger Parameter, der die Spannungs-Dehnungs-Verteilung des Ellenbogens während der Umformung beeinflusst. Je kleiner der Biegeradius, desto größer ist die Krümmung des Ellenbogens, und desto gravierender ist die Spannungskonzentration an den Innen- und Außenwänden. Wenn der Biegeradius zu klein ist (weniger als 1,5D), Die Belastung der Innenwand des Ellenbogens übersteigt die Tragfähigkeit des Materials, was zu Rissen führt. Deshalb, im eigentlichen Produktionsprozess, Der Biegeradius von WP304-Edelstahlbögen beträgt im Allgemeinen nicht weniger als 1,5 D. Für Bögen mit kleineren Biegeradien, besondere Verfahrensmaßnahmen (wie zum Beispiel die Erhöhung der Umformtemperatur, Reduzierung der Schubgeschwindigkeit, und Optimierung der Formstruktur) müssen eingenommen werden, um die Stresskonzentration zu reduzieren.

3.3.4 Heizmethode und Gleichmäßigkeit

Die Heizmethode und die Heizgleichmäßigkeit haben einen wichtigen Einfluss auf die Temperaturverteilung des Rohrrohlings. Zu den gängigen Heizmethoden gehören Induktionserwärmung und Widerstandserwärmung. Die Induktionserwärmung bietet die Vorteile einer schnellen Erwärmungsgeschwindigkeit und einer gleichmäßigen Erwärmung, das häufig beim Warmstoßbiegen von Edelstahlbögen verwendet wird. Die Widerstandsheizung bietet die Vorteile einer einfachen Ausrüstung und geringer Kosten, aber die Heizgeschwindigkeit ist langsam und die Heizgleichmäßigkeit ist schlecht.

Eine ungleichmäßige Erwärmung führt zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung des Rohrrohlings. Der Teil mit höherer Temperatur weist eine bessere Duktilität und einen geringeren Verformungswiderstand auf, während das Teil mit niedrigerer Temperatur eine schlechtere Duktilität und einen größeren Verformungswiderstand aufweist. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Spannungs-Dehnungs-Verteilung während der Umformung, Dies führt zu einer Spannungskonzentration in dem Teil mit niedrigerer Temperatur, welches anfällig für Risse ist. Deshalb, Die Gewährleistung einer gleichmäßigen Erwärmung des Rohrrohlings ist eine wichtige Maßnahme zur Vermeidung von Rissen in der Innenwand.

3.3.5 Formparameter

Formparameter (wie zum Beispiel die Oberflächenqualität der Form, der Spalt zwischen Dorn und Rohrrohling, und die Form der Matrize) beeinflussen auch die Formqualität des Ellenbogens. Die Oberfläche der Form sollte glatt und frei von Fehlern sein. Wenn die Oberfläche der Form rau ist, Dadurch wird der Reibungswiderstand zwischen der Form und dem Rohrrohling erhöht, Dies führt zu einer übermäßigen Spannungskonzentration an der Innenwand des Ellenbogens. Der Abstand zwischen Dorn und Rohrrohling sollte angemessen sein. Wenn der Spalt zu klein ist, Dadurch erhöht sich die Reibungskraft und es entstehen Kratzer an der Innenwand des Ellenbogens; wenn die Lücke zu groß ist, Der Rohrrohling wird während der Umformung instabil, Dies führt zu einer ungleichmäßigen Wandstärke. Die Form der Matrize sollte mit der Form des Rohrbogens übereinstimmen, um sicherzustellen, dass der Rohrrohling während der Umformung gleichmäßig beansprucht wird.

4. Ursachenanalyse der Innenwandrisse von WP304-Edelstahlbögen während der Warmpressbiegeumformung

Durch die Analyse der Materialeigenschaften von WP304-Edelstahl und des Heißstoßbiegeumformprozesses, Es ist ersichtlich, dass die Rissbildung in der Innenwand des Ellenbogens eine umfassende Folge mehrerer Faktoren ist, einschließlich materieller Faktoren, Prozessfaktoren, und Umweltfaktoren. In diesem Kapitel wird eine eingehende Analyse dieser Faktoren durch experimentelle Analyse und Finite-Elemente-Simulation durchgeführt.

4.1 Materielle Faktoren

Materialfaktoren sind die internen Ursachen für Risse in der Innenwand von WP304-Edelstahlbögen beim Warmstoßbiegen, hauptsächlich einschließlich der Abweichung der chemischen Zusammensetzung, das Vorhandensein schädlicher Einschlüsse, die Korngröße, und die Eigenspannung des Materials.

4.1.1 Abweichung der chemischen Zusammensetzung

Die chemische Zusammensetzung des Edelstahls WP304 muss den Anforderungen der einschlägigen Normen entsprechen. Bei einer Abweichung in der chemischen Zusammensetzung, es beeinflusst die Mikrostruktur und die mechanischen Eigenschaften des Materials, Verringerung der Formbarkeit beim Warmstoßbiegen. Beispielsweise, wenn der Kohlenstoffgehalt zu hoch ist (von mehr als 0.08%), Beim Erhitzen verbindet es sich mit Chrom zu Chromkarbiden, Dadurch wird der Chromgehalt in der festen Lösung verringert, Dies führt zu einer Verringerung der Korrosionsbeständigkeit und Zähigkeit des Materials. Gleichzeitig, Chromkarbide werden an den Korngrenzen ausgeschieden, was zu interkristalliner Versprödung führt, Dadurch wird das Material während der Umformung anfällig für interkristalline Risse. Wenn der Chrom- oder Nickelgehalt zu niedrig ist (niedriger als die Untergrenze des Standards sein), es wird nicht in der Lage sein, eine stabile austenitische Struktur zu bilden, Dies führt zur Bildung einer Ferrit- oder Martensitstruktur, Dies verringert die Duktilität des Materials und erhöht das Risiko von Rissen.

Überprüfung des Einflusses der Abweichung der chemischen Zusammensetzung auf die Rissbildung, Zwei Gruppen von Rohrrohlingen aus WP304-Edelstahl mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung wurden für Versuche zur Heißdruckbiegeumformung ausgewählt. Die chemischen Zusammensetzungen der beiden Gruppen von Rohrrohlingen sind in der Tabelle aufgeführt 3.

Gruppe	C (%)	CR (%)	NI (%)	P (%)	S (%)
Gruppe 1 (Qualifiziert)	0.06	19.20	9.50	0.030	0.020
Gruppe 2 (Unqualifiziert)	0.10	17.50	7.80	0.050	0.035

Die Parameter für die Heißdruckbiegeumformung wurden wie folgt eingestellt: Umformtemperatur 1100℃, Schubgeschwindigkeit 5mm/s, Biegeradius 1,5D. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass der Ellenbogen durch eine Gruppe gebildet wurde 1 Rohrrohlinge hatten keine Risse an der Innenwand, und die Umformqualität war gut. Der von der Gruppe gebildete Ellenbogen 2 Rohrrohlinge hatten deutliche Risse an der Innenwand, und die Risslänge betrug 5–10 mm. Die metallografische Analyse ergab, dass an den Korngrenzen der Gruppe eine große Anzahl von Chromkarbiden ausgeschieden war 2 Rohrrohlinge, und die Korngrenzen waren stark versprödet, Dies führte zum Auftreten interkristalliner Risse während der Umformung.

4.1.2 Schädliche Einschlüsse

Das Vorhandensein schädlicher Einschlüsse im Edelstahl WP304 ist ein weiterer wichtiger Materialfaktor, der zu Rissen in der Innenwand führt. Schädliche Einschlüsse wie Oxide, Sulfide, und Karbide weisen eine schlechte Kompatibilität mit der Matrix auf. Beim Heißstoßbiegeumformprozess, Aufgrund der unterschiedlichen Verformungsfähigkeit zwischen den Einschlüssen und der Matrix ist es wahrscheinlich, dass es um die Einschlüsse herum zu Spannungskonzentrationen kommt. Wenn die Spannung die Bindungsstärke zwischen den Einschlüssen und der Matrix übersteigt, Um die Einschlüsse entstehen Mikrorisse. Mit dem Fortschritt der Formung, Die Mikrorisse breiten sich weiter aus, es bilden sich schließlich Makrorisse.

Analyse des Einflusses schädlicher Einschlüsse auf die Rissbildung, Die Bruchfläche des gebrochenen Ellenbogens wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie beobachtet (SEM). Das REM-Bild der Bruchfläche ist in Abbildung dargestellt 3 (Hinweis: Auf Abbildungen wird in diesem Text verzichtet). Auf dem REM-Bild ist zu erkennen, dass sich auf der Bruchoberfläche eine große Anzahl von Einschlusspartikeln befindet, und die Risse breiten sich entlang der Einschlüsse aus. Die energiedispersive Spektroskopie (EDS) Die Analyse ergab, dass es sich bei den Einschlusspartikeln hauptsächlich um Al₂O₃ und MnS handelte. Al₂O₃ ist ein harter und spröder Einschluss mit geringer plastischer Verformungsfähigkeit. Beim Formen, Es kann leicht zu Stresskonzentrationen in der Umgebung kommen. MnS ist ein weicher Einschluss, welches sich beim Formen zusammen mit der Matrix verformt, es verringert aber auch die Bindungsstärke der Matrix, wodurch es anfällig für Risse wird.

4.1.3 Körnung

Die Korngröße des Edelstahls WP304 hat einen wichtigen Einfluss auf seine Formbarkeit beim Warmstoßbiegen. Wie bereits erwähnt, wenn die Heiztemperatur zu hoch oder die Haltezeit zu lang ist, es kommt zu übermäßigem Kornwachstum. Zu grobe Körner verringern die Zähigkeit und Festigkeit des Materials, wodurch es beim Formen anfällig für Risse wird. Im Gegenteil, Feine Körner haben eine höhere Festigkeit und Zähigkeit, Dies ist vorteilhaft für die Verbesserung der Formbarkeit des Materials.

Überprüfung des Einflusses der Korngröße auf die Rissbildung, Drei Gruppen von Rohrrohlingen aus WP304-Edelstahl mit unterschiedlichen Korngrößen wurden für Versuche zur Heißdruckbiegeumformung ausgewählt. Die Korngrößen der drei Gruppen von Rohrrohlingen sind in der Tabelle aufgeführt 4.

Gruppe	Körnung (ASTM-Klasse)	Durchschnittlicher Korndurchmesser (Μm)
Gruppe A	8	15
Gruppe B	6	30
Gruppe C	4	60

Die Parameter für die Heißdruckbiegeumformung waren die gleichen wie im Abschnitt 4.1.1. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass der Bogen aus Rohrrohlingen der Gruppe A gebildet wurde (feine Körner) hatte keine Risse an der Innenwand, und die Umformqualität war gut. Der aus Rohrrohlingen der Gruppe B gebildete Bogen (mittlere Körnung) hatte eine kleine Anzahl von Mikrorissen an der Innenwand. Der aus Rohrrohlingen der Gruppe C gebildete Bogen (grobe Körner) hatte offensichtliche Makrorisse an der Innenwand. Der Schlagzähigkeitstest ergab, dass die Schlagzähigkeit der Rohrrohlinge der Gruppe C 25 J/cm² betrug, was war 40% niedriger als der von Rohrrohlingen der Gruppe A (42J/cm²). Dies deutete darauf hin, dass zu grobe Körner die Zähigkeit des Materials deutlich verringern würden, wodurch es beim Formen anfällig für Risse wird.

4.1.4 Reststress

Eigenspannungen in Rohrrohlingen aus WP304-Edelstahl werden hauptsächlich während der vorherigen Herstellungsprozesse erzeugt (wie zum Beispiel Rollen, Zeichnung, und Wärmebehandlung). Die Eigenspannung kann in Zugeigenspannung und Druckeigenspannung unterteilt werden. Zugeigenspannungen verringern die tatsächliche Tragfähigkeit des Materials. Beim Heißstoßbiegeumformprozess, Die Zugeigenspannung überlagert sich mit der Umformspannung, Dies führt zu einer übermäßigen Belastung der Innenwand des Ellenbogens, welches anfällig für Risse ist. Druckeigenspannungen können die Tragfähigkeit des Materials verbessern, was sich positiv auf den Umformprozess auswirkt.

Analyse des Einflusses der Eigenspannung auf die Rissbildung, Die Eigenspannung des Rohrrohlings wurde durch Röntgenbeugung gemessen. Die Messergebnisse zeigten, dass es sich bei der Eigenspannung an der Innenwand des Rohrrohlings um eine Zugspannung handelte, mit einer Stärke von 80-120MPa. Beim Heißstoßbiegeumformprozess, Die Umformspannung an der Innenwand des Ellenbogens betrug 120 MPa (aus den Finite-Elemente-Simulationsergebnissen im Abschnitt 3.2). Die überlagerte Spannung erreichte 200–240 MPa, die die Streckgrenze von WP304-Edelstahl bei 1100℃ übertraf (30MPa), Dies führt zu plastischer Verformung und Rissbildung. Deshalb, Reduzierung der Eigenspannung des Rohrrohlings vor dem Umformen (beispielsweise durch Spannungsarmglühen) ist eine wichtige Maßnahme zur Vermeidung von Rissen in der Innenwand.

4.2 Prozessfaktoren

Prozessfaktoren sind die äußeren Ursachen für Risse in der Innenwand von WP304-Edelstahlbögen beim Warmstoßbiegen, Dazu gehört vor allem die unangemessene Abstimmung von Umformtemperatur und Pressgeschwindigkeit, ungleichmäßige Erwärmung, unangemessener Biegeradius, und unangemessene Formparameter.

4.2.1 Unangemessene Abstimmung von Umformtemperatur und Pressgeschwindigkeit

Umformtemperatur und Umformgeschwindigkeit sind die beiden wichtigsten Prozessparameter beim Warmstoßbiegeumformen, und ihre sinnvolle Abstimmung ist entscheidend für die Umformqualität. Wenn die Umformtemperatur zu niedrig und die Pressgeschwindigkeit zu hoch ist, Die Verformungsgeschwindigkeit des Materials ist zu hoch, und das Material hat nicht genügend Zeit, um die plastische Verformung und Rekristallisation abzuschließen, Dies führt zu einer übermäßigen Spannungskonzentration an der Innenwand, welches anfällig für Risse ist. Wenn die Umformtemperatur zu hoch und die Pressgeschwindigkeit zu langsam ist, das Material wird zu lange bei hohen Temperaturen erhitzt, Dies führt zu übermäßigem Kornwachstum, Verringerung der Zähigkeit des Materials, und das Risiko einer Rissbildung erhöht.

Überprüfung des Einflusses der Abstimmung von Umformtemperatur und Pressgeschwindigkeit auf die Rissbildung, Es wurde eine Reihe von Heißstoßbiegeumformversuchen mit unterschiedlichen Umformtemperaturen durchgeführt (950℃, 1050℃, 1150℃) und Schubgeschwindigkeiten (2mm/s, 5mm/s, 8mm/s). Die Größe des Rohrrohlings betrug φ108×6 mm, und der Biegeradius betrug 1,5D. Die experimentellen Ergebnisse sind in der Tabelle aufgeführt 5.

Umformtemperatur (℃)	Schubgeschwindigkeit (mm/s)	Rissstatus der Innenwand
950	2	Keine Risse
	5	Mikrorisse
	8	Offensichtliche Makrorisse
1050	2	Keine Risse
	5	Keine Risse
	8	Mikrorisse
1150	2	Mikrorisse
	5	Offensichtliche Makrorisse
	8	Schwere Makrorisse

Es kann aus der Tabelle ersichtlich, 5 Das gilt, wenn die Umformtemperatur 1050 °C beträgt und die Druckgeschwindigkeit 2–5 mm/s beträgt, Die Innenwand des Ellenbogens weist keine Risse auf, welches die optimale Parameterkombination ist. Wenn die Umformtemperatur 950℃ beträgt (zu niedrig) und die Schubgeschwindigkeit beträgt 5–8 mm/s (zu schnell), oder die Umformtemperatur beträgt 1150℃ (zu hoch) und die Schubgeschwindigkeit beträgt 5–8 mm/s (zu schnell), Es entstehen offensichtliche Risse an der Innenwand des Ellenbogens. Dies zeigt deutlich, dass die unangemessene Abstimmung von Umformtemperatur und Pressgeschwindigkeit eine wichtige Ursache für Risse in der Innenwand ist.

4.2.2 Ungleichmäßige Erwärmung

Eine ungleichmäßige Erwärmung des Rohrrohlings führt zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung, Dies führt zu ungleichmäßiger Spannung und Dehnung während der Umformung, Dies führt zu einer Spannungskonzentration in dem Teil mit niedrigerer Temperatur, und dadurch knacken. Wie in den Ergebnissen der Finite-Elemente-Simulation gezeigt, wenn der Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außenwand des Rohrrohlings 50℃ beträgt, Der Spannungsunterschied zwischen Innen- und Außenwand erreicht 50 MPa, Dadurch erhöht sich die Rissgefahr erheblich.

Überprüfung des Einflusses ungleichmäßiger Erwärmung auf die Rissbildung, Es wurden zwei Gruppen von Erwärmungsexperimenten durchgeführt: Eine Gruppe übernahm die Induktionserwärmung (gleichmäßige Erwärmung), und die andere Gruppe übernahm die Widerstandsheizung (ungleichmäßige Erwärmung). Die Größe des Rohrrohlings betrug φ108×6 mm, Die Umformtemperatur betrug 1100℃, Die Schubgeschwindigkeit betrug 5 mm/s, und der Biegeradius betrug 1,5D. Die Temperaturverteilung des Rohrrohlings wurde mit einem Infrarot-Thermometer gemessen. Die Ergebnisse zeigten, dass der Temperaturunterschied zwischen den Innen- und Außenwänden des durch Induktionserwärmung erhitzten Rohrrohlings weniger als 10 °C betrug, und die Innenwand des geformten Bogens wies keine Risse auf. Der Temperaturunterschied zwischen der Innen- und Außenwand des durch Widerstandsheizung erhitzten Rohrrohlings betrug 60℃, und an der Innenwand des geformten Ellbogens traten deutliche Risse auf. Die metallografische Analyse zeigte, dass die Korngröße des Teils mit höherer Temperatur größer war, und die Korngröße des Teils mit niedrigerer Temperatur war kleiner, Dies führte zu einer ungleichmäßigen Verformung während der Umformung und Spannungskonzentration.

4.2.3 Unangemessener Biegeradius

Je kleiner der Biegeradius, desto größer ist die Krümmung des Ellenbogens, und desto gravierender ist die Spannungskonzentration an der Innenwand. Wenn der Biegeradius zu klein ist (weniger als 1,5D), Die Belastung der Innenwand des Ellenbogens übersteigt die Tragfähigkeit des Materials, was zu Rissen führt. Um dies zu überprüfen, Es wurden Versuche zur Heißdruckbiegeumformung mit Biegeradien von 1,0 D durchgeführt, 1.5D, und 2.0D. Die Umformtemperatur betrug 1100℃, Die Schubgeschwindigkeit betrug 5 mm/s, und die Rohrrohlingsgröße betrug φ108×6 mm. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass der Biegeradius 1,0 D betrug, An der Innenwand des Ellenbogens traten deutliche Makrorisse auf; wenn der Biegeradius 1,5D betrug, Die Innenwand des Ellenbogens wies keine Risse auf; wenn der Biegeradius 2,0D betrug, Auch die Innenwand des Ellenbogens wies keine Risse auf. Die Ergebnisse der Finite-Elemente-Simulation zeigten, dass die maximale Belastung an der Innenwand des Ellenbogens bei einem Biegeradius von 1,0 D 250 MPa betrug, was viel höher war als die Streckgrenze des Materials bei 1100℃ (30MPa), was zu Rissen führt.

4.2.4 Unangemessene Formparameter

Unangemessene Formparameter (wie raue Formoberfläche, unpassender Spalt zwischen Dorn und Rohrrohling, und unangemessene Matrizenform) führt auch zu Rissen in der Innenwand. Wenn die Formoberfläche rau ist, Dadurch wird der Reibungswiderstand zwischen der Form und dem Rohrrohling erhöht, Dies führt zu einer übermäßigen Spannungskonzentration an der Innenwand. Wenn der Spalt zwischen Dorn und Rohrrohling zu klein ist, es erhöht die Reibungskraft und verursacht Kratzer an der Innenwand, was zur Ursache für Risse werden wird. Wenn die Matrizenform unangemessen ist, Dies führt zu einer ungleichmäßigen Spannungsverteilung des Rohrrohlings während der Umformung, was zu Stresskonzentration führt.

Überprüfung des Einflusses von Formparametern auf die Rissbildung, Es wurden zwei Gruppen von Schimmelversuchen durchgeführt: Eine Gruppe verwendete eine Form mit glatter Oberfläche (Oberflächenrauheit Ra=0,8μm) und eine angemessene Lücke (0.5mm), und die andere Gruppe verwendete eine Form mit einer rauen Oberfläche (Oberflächenrauheit Ra=3,2μm) und eine unangemessene Lücke (0.2mm). Die Umformtemperatur betrug 1100℃, Die Schubgeschwindigkeit betrug 5 mm/s, der Biegeradius betrug 1,5D, und die Rohrrohlingsgröße betrug φ108×6 mm. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass die Innenwand des Kniestücks, die durch die erste Gruppe von Formen gebildet wurde, keine Risse aufwies, und die Oberflächenqualität war gut. Die durch die zweite Formgruppe gebildete Innenwand des Ellenbogens wies deutliche Kratzer und Risse auf. Die REM-Untersuchung zeigte, dass die Risse von den Kratzern herrührten, und die Kratzer wurden durch die Reibung zwischen der rauen Formoberfläche und dem Rohrrohling verursacht.

4.3 Umweltfaktoren

Umweltfaktoren beziehen sich hauptsächlich auf die Oxidation und Entkohlung der Materialoberfläche während des Heißstoßbiegeumformprozesses. Bei hohen Temperaturen, Edelstahl WP304 reagiert mit Luftsauerstoff und bildet einen Oxidfilm auf der Oberfläche. Der Oxidfilm ist spröde und haftet schlecht an der Matrix. Während des Umformprozesses, Der Oxidfilm lässt sich leicht abziehen, und die abgelösten Oxidpartikel werden zu Einschlüssen, Dies führt zu einer Spannungskonzentration und zu Rissen. In Ergänzung, Bei hohen Temperaturen kommt es zu einer Entkohlung an der Materialoberfläche, Dadurch wird der Kohlenstoffgehalt der Oberflächenschicht verringert, Dies führt zu einer Abnahme der Festigkeit und Härte der Oberflächenschicht, Dadurch wird die Oberflächenschicht anfällig für plastische Verformung und Rissbildung.

Analyse des Einflusses von Umweltfaktoren auf die Rissbildung, Die Oberfläche des Rohrrohlings wurde vor und nach dem Formen mittels REM untersucht. Die Ergebnisse zeigten dies vor der Formung, die Oberfläche des Rohrrohlings war glatt, und es gab einen dünnen Oxidfilm. Nach dem Formen, Der Oxidfilm an der Innenwand des Ellenbogens löste sich, und es gab eine große Anzahl von Oxidpartikeln auf der Oberfläche. Die EDS-Analyse zeigte, dass es sich bei den Oxidpartikeln hauptsächlich um Cr₂O₃ und Fe₃O₄ handelte. Die metallographische Analyse zeigte, dass der Kohlenstoffgehalt der Oberflächenschicht des Ellenbogens hoch war 0.03%, der niedriger war als der Kohlenstoffgehalt des Kerns (0.06%), Dies deutet darauf hin, dass an der Oberflächenschicht eine Entkohlung stattgefunden hat. Die entkohlte Schicht hatte eine geringere Festigkeit und Härte, und während des Warmstoßbiegeumformprozesses, Eine plastische Verformung trat eher unter der Einwirkung von Umformspannung auf, und Risse entstanden und breiteten sich in der entkohlten Schicht aus. Auf der Oberflächenschicht war eine Bildung aufgetreten. Die entkohlte Schicht hatte eine geringere Festigkeit und Härte, und unter der Einwirkung von Umformstress, Es kam zu plastischer Verformung und Rissbildung. In Ergänzung, die abgeschälten Oxidpartikel würden in den Spalt zwischen Form und Rohrrohling gelangen, Erhöhung des Reibungswiderstandes, was die Spannungskonzentration an der Innenwand weiter verschärft, und Förderung der Entstehung und Ausbreitung von Rissen.

In Ergänzung, Die Feuchtigkeit und die schädlichen Gase in der Formungsumgebung können auch einen gewissen Einfluss auf die Rissbildung der Innenwand des Ellenbogens haben. Beispielsweise, wenn in der Heizumgebung Wasserdampf vorhanden ist, Es reagiert bei hohen Temperaturen mit der Materialoberfläche und erzeugt Wasserstoff, welches in das Material eindringt und eine Wasserstoffversprödung verursacht, Dadurch verringert sich die Zähigkeit des Materials und es wird anfällig für Risse. Allerdings ist der Einfluss solcher Faktoren im Vergleich zur Oxidation und Entkohlung relativ gering, es kann im tatsächlichen Produktionsprozess nicht ignoriert werden, insbesondere in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit oder bei Verwendung wassergekühlter Heizgeräte.

5. Vorbeugende und Kontrollmaßnahmen für Innenwandrisse

Basierend auf der systematischen Analyse der Ursachen von Innenwandrissen von WP304-Edelstahlbögen während der Warmstoßbiegeumformung (einschließlich materieller Faktoren, Prozessfaktoren, und Umweltfaktoren), In diesem Kapitel werden gezielte Präventions- und Kontrollmaßnahmen aus drei Aspekten vorgeschlagen: Materialqualitätskontrolle, Prozessparameteroptimierung, und Verbesserung der Gestaltungsumgebung. Ziel dieser Maßnahmen ist es, die Gefahr von Innenwandrissen grundsätzlich zu reduzieren, Verbessern Sie die Formqualität der Ellenbogen, und sorgen für den sicheren und stabilen Betrieb nachfolgender Rohrleitungssysteme.

5.1 Maßnahmen zur Materialqualitätskontrolle

Materialfaktoren sind die inneren Ursachen für Risse. Eine Stärkung der Materialqualitätskontrolle kann die inhärente Leistung von WP304-Edelstahl verbessern und seine Widerstandsfähigkeit gegen Rissbildung beim Warmpressbiegen erhöhen. Spezifische Maßnahmen sind wie folgt:

5.1.1 Kontrollieren Sie die chemische Zusammensetzung streng

Zuerst, Es ist notwendig, Rohrrohlinge auszuwählen, die den Anforderungen der einschlägigen Normen entsprechen (wie ASTM A403/A403M). Vor der Produktion, Erkennung der chemischen Zusammensetzung (wie z.B. Spektralanalyse) Bei jeder Charge von Rohrrohlingen sollte eine Prüfung durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass der Gehalt jedes Elements innerhalb des Standardbereichs liegt. Für Schlüsselelemente: Der Kohlenstoffgehalt sollte im Folgenden streng kontrolliert werden 0.08%, der Chromgehalt dazwischen 18.00%-20.00%, und der Nickelgehalt dazwischen 8.00%-12.00%. Gleichzeitig, Der Gehalt an schädlichen Verunreinigungselementen wie Phosphor und Schwefel sollte unten kontrolliert werden 0.045% und 0.030% bzw.. Für Rohrrohlinge mit unqualifizierter chemischer Zusammensetzung, Sie sollten aussortiert oder erneut verarbeitet werden, um zu vermeiden, dass sie in den Umformprozess gelangen und Risse verursachen.

5.1.2 Reduzieren Sie schädliche Einschlüsse

Um den Gehalt an schädlichen Einschlüssen zu reduzieren (wie Al₂O₃, MnS) aus Edelstahl WP304, Es ist notwendig, den Schmelz- und Gießprozess des Materials zu optimieren. Beim Schmelzen, Maßnahmen wie Argonblas-Raffination und Pfannenofen-Raffination können eingesetzt werden, um Einschlüsse und Gas in der Stahlschmelze zu entfernen. Beim Gießen, Die Gießtemperatur und die Gießgeschwindigkeit sollten kontrolliert werden, um eine sekundäre Oxidation der Stahlschmelze zu vermeiden. In Ergänzung, für die gekauften Rohrrohlinge, zerstörungsfreie Prüfung (wie Ultraschalltests) kann durchgeführt werden, um die Verteilung und Größe von Einschlüssen zu ermitteln. Wenn die Einschlüsse den zulässigen Bereich überschreiten, Die Rohrrohlinge sollten nicht zum Umformen verwendet werden.

5.1.3 Kontrollieren Sie die Korngröße

Um die Korngröße der Rohrrohlinge aus WP304-Edelstahl zu kontrollieren, sollte ein angemessener Wärmebehandlungsprozess eingesetzt werden. Vor dem Warmstoßbiegen, An den Rohrrohlingen können Spannungsarmglühen und Kornfeinungsglühen durchgeführt werden. Die Glühtemperatur wird bei 950℃-1050℃ empfohlen, und die Haltezeit ist 1-2 Stunden, gefolgt von Luftkühlung. Dadurch kann nicht nur die Eigenspannung der Rohrrohlinge beseitigt, sondern auch die Korngröße verfeinert werden 6-8 Klasse (ASTM E112-Standard), Verbesserung der Zähigkeit und Formbarkeit des Materials. Beim Heißstoßbiegeumformprozess, Auch die Erhitzungstemperatur und die Haltezeit sollten streng kontrolliert werden, um übermäßiges Kornwachstum zu vermeiden. Die Umformtemperatur sollte 1150℃ nicht überschreiten, und die Haltezeit sollte entsprechend der Dicke des Rohrrohlings angepasst werden, im Allgemeinen nicht mehr als 30 Minuten.

5.1.4 Beseitigen Sie Reststress

Für Rohrrohlinge mit hoher Eigenspannung, Vor der Umformung muss eine Entspannungsbehandlung durchgeführt werden. Das am häufigsten verwendete Verfahren ist das Spannungsarmglühen, die bei 850℃-900℃ durchgeführt wird 1-2 Stunden, Anschließend erfolgt eine langsame Abkühlung. Dadurch kann die Zugeigenspannung an der Innenwand des Rohrrohlings effektiv auf unter 30 MPa reduziert werden, Vermeidung der Überlagerung von Eigenspannung und Umformspannung beim Warmstoßbiegen, was zu übermäßiger Spannung und Rissbildung führt. Nach einer Stressabbaubehandlung, Mittels Röntgenbeugung kann die Eigenspannung des Rohrrohlings ermittelt werden, um sicherzustellen, dass dieser den Umformanforderungen entspricht.

5.2 Maßnahmen zur Prozessparameteroptimierung

Prozessfaktoren sind die äußeren Ursachen für Risse. Durch die Optimierung der Prozessparameter für die Warmstoßbiegeumformung und die Verbesserung des Umformvorgangs kann die Spannungskonzentration an der Innenwand des Rohrbogens wirksam reduziert und Risse vermieden werden. Spezifische Maßnahmen sind wie folgt:

5.2.1 Optimieren Sie die Abstimmung von Umformtemperatur und Pressgeschwindigkeit

Basierend auf den experimentellen Ergebnissen im Abschnitt 4.2.1, Die optimale Parameterkombination für die Warmstoßbiegeumformung von WP304-Edelstahlbögen ist: Umformtemperatur 1050℃-1100℃, Schubgeschwindigkeit 3-5 mm/s. Für Rohrrohlinge unterschiedlicher Dicke und Größe, Die Parameter können entsprechend angepasst werden. Beispielsweise, für dickwandige Rohrrohlinge (Wandstärke > 8mm), Die Umformtemperatur kann auf 1100℃-1150℃ erhöht werden, und die Schubgeschwindigkeit kann auf 2–3 mm/s reduziert werden, um eine ausreichende plastische Verformung zu gewährleisten. Während der Produktion, Es sollte ein Temperaturüberwachungssystem installiert werden, um die Temperatur des Rohrrohlings in Echtzeit zu überwachen, und die Schubgeschwindigkeit sollte in Echtzeit entsprechend der Temperaturänderung angepasst werden, um eine angemessene Übereinstimmung der beiden Parameter sicherzustellen.

5.2.2 Sorgen Sie für eine gleichmäßige Erwärmung der Rohrrohlinge

Zuerst, Induktionserwärmung sollte bevorzugt werden, Dies bietet die Vorteile einer schnellen Aufheizgeschwindigkeit und einer gleichmäßigen Temperaturverteilung. Die Induktionsspule sollte entsprechend der Größe des Rohrrohlings ausgelegt sein, um sicherzustellen, dass der Heizbereich den gesamten Umformabschnitt des Rohrrohlings abdeckt. Zweite, vor dem Erhitzen, Die Oberfläche des Rohrrohlings sollte gereinigt werden, um Ölflecken zu entfernen, Rost, und andere Verunreinigungen, Dadurch kann eine ungleichmäßige Erwärmung durch ungleichmäßige Wärmeaufnahme vermieden werden. Dritte, während des Erhitzens, Der Rohrrohling kann mit geringer Geschwindigkeit gedreht werden (5-10U/min) um sicherzustellen, dass die Innen- und Außenwände des Rohrrohlings gleichmäßig erhitzt werden. Der Temperaturunterschied zwischen den Innen- und Außenwänden des Rohrrohlings sollte innerhalb von 10 °C liegen, die von einem Infrarot-Thermometer in Echtzeit erfasst werden können. Wenn aufgrund von Gerätebeschränkungen eine Widerstandsheizung verwendet wird, Der Heizbereich sollte mit einer Wärmeschutzabdeckung versehen werden, um den Wärmeverlust zu reduzieren und die Gleichmäßigkeit der Erwärmung zu verbessern.

5.2.3 Wählen Sie einen angemessenen Biegeradius

Unter der Voraussetzung, die technischen Designanforderungen zu erfüllen, Der Beugeradius des Ellenbogens sollte möglichst groß sein. Für WP304-Edelstahlbögen, Der Biegeradius sollte nicht kleiner als 1,5D sein (D ist der Außendurchmesser des Rohrrohlings). Wenn die Technik einen kleineren Biegeradius erfordert (wie 1,0D-1,5D), special process measures should be taken: increasing the forming temperature by 50℃-100℃, reducing the pushing speed by 2-3mm/s, und Optimierung der Formstruktur (such as adding a lubricating layer on the surface of the mandrel) to reduce the stress concentration on the inner wall. Vor Bildung, finite element simulation can be used to predict the stress distribution of the elbow with a small bending radius, and the process parameters can be adjusted according to the simulation results.

5.2.4 Optimize Mold Design and Manufacturing

Zuerst, the surface quality of the mold should be improved. The surface roughness of the mandrel and die should be controlled below Ra=0.8μm. The mold surface should be polished and plated with a wear-resistant and lubricating coating (such as TiN coating) um den Reibungswiderstand zwischen Form und Rohrrohling zu verringern. Zweite, Der Spalt zwischen Dorn und Rohrrohling sollte sinnvoll ausgelegt sein. Der Spalt sollte 0,3–0,5 mm betragen, Dadurch kann nicht nur die Stabilität des Rohrrohlings beim Umformen gewährleistet, sondern auch die Reibung verringert werden. Dritte, Die Form der Matrize sollte optimiert werden. Der Übergangsbogen der Matrize sollte glatt sein, um scharfe Ecken zu vermeiden, wodurch die Spannungskonzentration beim Umformen verringert werden kann. Nachdem die Form hergestellt wurde, Es sollte auf Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität überprüft werden, um sicherzustellen, dass es den Designanforderungen entspricht.

5.3 Gestaltung von Maßnahmen zur Verbesserung der Umwelt

Umweltfaktoren wie Oxidation und Entkohlung verringern die Oberflächenqualität des Rohrrohlings und erhöhen das Risiko von Rissen. Durch die Verbesserung der Umformumgebung kann der Einfluss von Umweltfaktoren auf die Rissbildung wirksam verringert werden. Spezifische Maßnahmen sind wie folgt:

5.3.1 Übernehmen Sie die Bildung einer Schutzatmosphäre

Beim Warmstoßbiegen, Schutzgas (wie Argon, Stickstoff-) kann in den Heizbereich und den Formhohlraum eingeführt werden, um den Rohrrohling von der Luft zu isolieren, Vermeidung von Oxidation und Entkohlung der Rohrrohlingoberfläche bei hohen Temperaturen. Die Durchflussrate des Schutzgases sollte auf 5–10 l/min geregelt werden, und die Gasreinheit sollte darüber liegen 99.99% um die Schutzwirkung zu gewährleisten. Für Großserienfertigung, Es kann eine geschlossene Formkammer gebaut werden, und das Schutzgas kann in die Kammer eingefüllt werden, um eine vollständige Schutzatmosphäre zu schaffen, was die Antioxidationswirkung weiter verbessern kann.

5.3.2 Kontrollieren Sie die Luftfeuchtigkeit und schädliche Gase in der Formungsumgebung

Die Luftfeuchtigkeit in der Umformwerkstatt sollte unten kontrolliert werden 60% um eine Wasserstoffversprödung zu vermeiden, die durch die Reaktion von Wasserdampf mit der Materialoberfläche bei hohen Temperaturen verursacht wird. In der Werkstatt können Entfeuchtungsgeräte installiert werden, um die Luftfeuchtigkeit in Echtzeit anzupassen. Gleichzeitig, die Emission schädlicher Gase (wie Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid) in der Werkstatt sollte kontrolliert werden, um die Reaktion schädlicher Gase mit der Rohrrohlingsoberfläche zu vermeiden, was Auswirkungen auf die Oberflächenqualität des Rohrrohlings hat. Die Werkstatt sollte mit einer Belüftungsanlage ausgestattet sein, um die Luftzirkulation sicherzustellen.

5.3.3 Verstärken Sie die nachträgliche Oberflächenbehandlung

Nachdem der Ellenbogen geformt und abgekühlt ist, Die oberflächliche Oxidschicht sollte rechtzeitig entfernt werden. Zu den gängigen Methoden gehört das Beizen (unter Verwendung einer Mischsäure aus Salpetersäure und Flusssäure) und Sandstrahlen. Durch Beizen können die Oxidschicht und die entkohlte Schicht auf der Oberfläche des Rohrbogens entfernt werden, und Sandstrahlen kann die Oberflächenrauheit des Kniestücks verbessern und die Haftung der nachfolgenden Korrosionsschutzbeschichtung verbessern. Nach der Oberflächenbehandlung, Die Oberfläche des Kniestücks sollte überprüft werden, um sicherzustellen, dass keine Oxidrückstände vorhanden sind, Kratzer, oder andere Mängel, Dadurch kann die Entstehung von Rissen aufgrund von Oberflächenfehlern während der späteren Wartung vermieden werden.

5.4 Umfassende Qualitätskontrollmaßnahmen

Zusätzlich zu den oben genannten Maßnahmen, Während des gesamten Produktionsprozesses sollte eine umfassende Qualitätskontrolle durchgeführt werden, um potenzielle Qualitätsrisiken rechtzeitig zu erkennen und zu beseitigen. Spezifische Maßnahmen sind wie folgt: (1) Inspektion vor der Umformung: Überprüfen Sie die chemische Zusammensetzung, Korngröße, Eigenspannung, und Oberflächenqualität des Rohrrohlings, um sicherzustellen, dass dieser den Umformanforderungen entspricht. (2) Informationsbesichtigung: Überwachen Sie die Umformtemperatur in Echtzeit, Schubgeschwindigkeit, und Spannungs-Dehnungs-Zustand des Rohrrohlings, und passen Sie die Prozessparameter rechtzeitig an, wenn Auffälligkeiten festgestellt werden. (3) Inspektion nach dem Umformen: Verwenden Sie zerstörungsfreie Prüfmethoden (wie Ultraschalltests, Magnetpulverprüfung) um die Innen- und Außenwände des Ellenbogens auf Risse zu untersuchen, Einschlüsse, und andere Mängel. Für unqualifizierte Ellenbogen, Sie sollten zentral gekennzeichnet und gehandhabt werden. Für qualifizierte Ellenbogen, Zur Prüfung ihrer mechanischen Eigenschaften sollte eine Stichprobenprüfung durchgeführt werden (wie z.B. Zugfestigkeit, Schlagzähigkeit) um sicherzustellen, dass sie den technischen Anforderungen entsprechen.

6. Fazit und Ausblick

6.1 Der Vergleich zwischen den Kriechversuchsdaten und den Simulationsergebnissen bei drei verschiedenen Temperaturen ist in dargestellt

In diesem Artikel werden die Ursachen für Risse in der Innenwand von WP304-Edelstahlbögen während der Heißstoßbiegeumformung eingehend untersucht und entsprechende Präventions- und Kontrollmaßnahmen vorgeschlagen. Durch theoretische Analyse, experimentelle Forschung, und Finite-Elemente-Simulation, Die wichtigsten Schlussfolgerungen lauten wie folgt:

(1) Die Rissbildung an der Innenwand von WP304-Edelstahlbögen während der Heißbiegeumformung ist ein umfassendes Ergebnis mehrerer Faktoren, einschließlich materieller Faktoren (Abweichung der chemischen Zusammensetzung, schädliche Einschlüsse, zu große Korngröße, hohe Eigenspannung), Prozessfaktoren (unangemessene Abstimmung von Umformtemperatur und Pressgeschwindigkeit, ungleichmäßige Erwärmung, zu kleiner Biegeradius, unangemessene Formparameter), und Umweltfaktoren (Oxidation, Entkohlung, Wasserstoffversprödung durch Wasserdampf).

(2) Zu den materiellen Faktoren, die Ausfällung von Chromkarbiden durch zu hohen Kohlenstoffgehalt, die Spannungskonzentration durch schädliche Einschlüsse (Al₂O₃, MnS), und die Verringerung der Zähigkeit durch übermäßige Korngröße sind die Schlüsselfaktoren, die zur Rissbildung führen. Zu den Prozessfaktoren, die unzumutbare Abstimmung von Umformtemperatur und Pressgeschwindigkeit (zu niedrige Temperatur + zu hohe Geschwindigkeit, zu hohe Temperatur + zu hohe Geschwindigkeit) und ungleichmäßige Erwärmung sind die Hauptursachen für Risse. Zu den Umweltfaktoren, Oxidation und Entkohlung der Materialoberfläche sind die Hauptfaktoren, die die Oberflächenqualität beeinflussen und zur Rissbildung führen.

(3) Unter drei Aspekten werden gezielte Präventions- und Kontrollmaßnahmen vorgeschlagen: Materialqualitätskontrolle, Prozessparameteroptimierung, und Verbesserung der Gestaltungsumgebung. Zu den Maßnahmen zur Materialqualitätskontrolle gehört die strenge Kontrolle der chemischen Zusammensetzung, Reduzierung schädlicher Einschlüsse, Kontrolle der Korngröße, und Beseitigung von Eigenspannungen. Zu den Maßnahmen zur Optimierung der Prozessparameter gehört die Optimierung der Abstimmung von Umformtemperatur und Pressgeschwindigkeit, Gewährleistung einer gleichmäßigen Erwärmung, Auswahl eines angemessenen Biegeradius, und Optimierung des Formendesigns. Zu den Maßnahmen zur Verbesserung der Umformumgebung gehört die Einführung einer Schutzatmosphäre, Kontrolle der Umgebungsfeuchtigkeit und schädlicher Gase, und verstärkende Oberflächenbehandlung nach der Umformung. In Ergänzung, Eine umfassende Qualitätskontrolle während des gesamten Produktionsprozesses kann die Umformqualität des Winkelstücks zusätzlich sicherstellen.

(4) Die optimale Kombination der Prozessparameter für die Warmstoßbiegeumformung von WP304-Edelstahlbögen wird durch Experimente ermittelt: Umformtemperatur 1050℃-1100℃, Schubgeschwindigkeit 3-5 mm/s, Biegeradius ≥1,5D, und Induktionserwärmungsverfahren. Durch die Verwendung dieser Parameterkombination und die Abstimmung mit entsprechenden Materialkontroll- und Umweltverbesserungsmaßnahmen kann das Auftreten von Rissen in Innenwänden wirksam reduziert werden, und die qualifizierte Ellenbogenrate kann mehr als erreichen 98%.

6.2 Aussicht

Obwohl dieses Papier bestimmte Forschungsergebnisse erzielt hat, Es gibt noch einige Mängel, die in Zukunft weiter untersucht werden müssen:

(1) Die Forschung in diesem Artikel zielt hauptsächlich auf WP304-Edelstahlbögen ab. Für andere Arten von austenitischem Edelstahl (wie WP316, WP321) Ellenbogen, Die Ursachen für Risse und vorbeugende Maßnahmen können unterschiedlich sein. Zukünftige Forschungen können den Forschungsumfang auf andere Arten von Edelstahlbögen erweitern, um ein universelleres theoretisches System und eine universellere technische Methode zu schaffen.

(2) In diesem Artikel wird hauptsächlich das Problem der Rissbildung beim Heißbiegebiegen untersucht. Für das Entwicklungsgesetz von Mikrorissen, die während der Umformung im nachfolgenden Serviceprozess entstehen (wie unter hoher Temperatur, hohem Druck, und korrosive Umgebung), Es mangelt an vertiefter Forschung. Zukünftige Forschungen können die Serviceumgebung kombinieren, um den Ausbreitungsmechanismus von Mikrorissen zu untersuchen und eine Qualitätskontrollmethode für Edelstahlbögen über den gesamten Lebenszyklus vorzuschlagen.

(3) Mit der Entwicklung intelligenter Fertigungstechnologie, Zukünftige Forschungen können künstliche Intelligenz und Big-Data-Technologie in den Heißdruckbiegeumformprozess von Edelstahlbögen einbringen. Durch den Aufbau eines intelligenten Überwachungs- und Steuerungssystems, Echtzeitüberwachung und automatische Anpassung der Prozessparameter können realisiert werden, und die Formungsqualität von Ellenbogen kann vorhergesagt und bewertet werden, Dies wird die Produktionseffizienz und Produktqualität weiter verbessern.

(4) Im Hinblick auf die Formenoptimierung, Zukünftige Forschungen können die additive Fertigungstechnologie nutzen, um Formen mit komplexen Strukturen und guter Oberflächenqualität herzustellen. Gleichzeitig, Neue Schmierstoffe und Beschichtungstechnologien können entwickelt werden, um den Reibungswiderstand zwischen Form und Rohrrohling weiter zu reduzieren, Verbesserung der Umformqualität und der Formlebensdauer.