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山东省临清市库存积压轴承回收公司

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0Cr18Ni9不锈钢钢球的开发

字体大小: - - zhuyuelei   发表于 10-03-03 21:05     阅读(179)   评论(0)     分类:
钢球是重要的基础零部件,尤其是精密工业钢球在国民经济发展中起着巨大作用。在一些特殊条件下,常常需要特殊材质的钢球,来完成不同环境下所要求达到的功能。其实一些特殊材质钢球已广泛应用于国民经济各个领域中,包括9Cr18、3Cr13不锈钢,铜、铝、钛合金钢以及玛瑙、玻璃、陶瓷球等。它们的推广应用,不仅推动了钢球生产业的发展,而且也促进了相关行业的技术发展和科技进步。下面笔者着重谈一下特殊材质--0Cr18Ni9钢球的开发过程及成果。

一、事由

国内一家大型外商独资企业,其主要电器产品中的转动零件采用的材料就是0Cr18Ni9,此种材料钢球原为国外进口,且价格较高。该公司经过对我公司多次考察认为,我公司是国内生产钢球较早的厂家之一,具有多年的生产管理经验,生产加工工艺、质量管理能达到他们的要求,因此双方签订了供货协议。

二、对材料特殊性的分析

0Cr18Ni9材质化学成份如下:



1、镍及镍合金的物理性能

呈银白色,抛光后能长期保持美丽的光泽,比重8.9,晶格呈面心立方。

2、化学性能

铬、镍两元素相配合组成铬镍不锈钢,是一种较好的不锈钢。在此种不锈钢中加入大量镍是为了得到单一的奥氏体组织,从而提高其耐蚀性和工艺性。在常温和低温下有很强的塑性和韧性,不具磁性,有较好的抗晶间腐蚀性能。

(1)铬对不锈钢的耐蚀性能起主要作用

铬是决定不锈钢抗腐蚀性能的主要元素,因为钢中含铬就能使不锈钢在氧化介质中产生钝化现象,即在表面形成一层很薄的膜,在这层膜内富集了铬。钢中含铬量愈高,抗腐蚀性能就愈强。此外,铬对钢的机械性能和工艺性能都能起到很好的强化作用。

(2)镍对不锈钢的影响

只有在它与铬配合时才能充分表现出来。镍是形成奥氏体的合金元素,当镍与铬配合使用时,即可使金相组织由单相的铁素体变为奥氏体和铁素体双相组织,经过热处理,可以提高强度,从而使其具有更强的不锈耐蚀性和良好的形变性能。

2、杂质对性能的影响

当含碳量介于0.1%~0.3%之间时,在退火后,碳将以石墨状态在晶格间界上析出,破坏了晶粒间的结合力,强烈地降低镍的强度和塑性,使加工变形产生困难。

另外碳与铬有很强的亲合力,能形成一系列碳化物。钢中的含碳量愈高,形成的碳化铬愈多,固溶体中含铬量就相对减少,钢的耐腐蚀性能就会降低。

硫是有害的杂质,硫与镍形成Ni3S2化合物,Ni3S2与镍在625℃形成低熔点共晶,分布在晶粒间界上,当热变形温度超过共晶熔点时,即沿晶粒间界开裂,产生所谓"热脆"现象。镍在常温时与硫生成的Ni3S2能引起冷脆。

三、钢球规格及精度要求为:


用户对此球提出如下要求:球表面无划伤、麻坑、裂纹,不能出现任何锈蚀,表现粗糙度要求较高。

四、0Cr18Ni9钢球与轴承钢钢球加工工艺对比

前面分析了0Cr18Ni9材质的有关性能,由于Cr、Ni元素具有抗耐磨性、抗氧化性能和较高的强度等特性,相对于轴承钢而言,在加工中显得既"硬"又"粘",故增大了此种钢球加工的难度。经过我们反复试验加工,制订出了比较可行的工艺流程,对比如下:

轴承钢钢球:

原材料检查-高速冷镦-锉削-光球-硬磨-热处理-初研-清洗-目检-精研-检查-上油包装

0Cr18Ni9钢球:

原材料检查-高速冷镦-光球-研磨-清洗-提光-酸洗-清洗-分选-目检-检查-包装

该工艺最可取也是最成功之处在于研磨工序,它包括了硬精、初研以及精研提光三道工序为一体,从而节省了机床多台配置、工装重复加工,缩短了物流时间,减轻了员工装卸车的劳动强度,大大提高了研磨效率,为使钢球达到成品技术要求提供了保障。

五、主要加工工序技术参数的确定

1、钢球总留量

3m和1/8〃钢球冷镦加工为同一球坯,因考虑其原材料的特殊性,从而压缩钢球的总留量。

总留量:mm

轴承钢钢球 0.45±0.05

0Cr18Ni9钢球 0.35+0.05

我们精选了产自上海钢厂生产的0Cr18Ni9钢材,其总留量的压缩可使材料利用率提高9.2%。

2、高冷工艺参数及工装的确定

因为总留量压缩后,我公司自制了高冷冷镦模,每付冷镦模可生产球坯150万粒以上。

设备名称:高速冷镦机ZA32G-5

生产厂家:上海群英机床厂

主要技术参数:600次/分

班产量:每班按8小时,开始率80%计算:

600次/分×60分×8小时×80%=23.04(万粒)

3、光球加工及其参数

0Cr18Ni9钢球在本工序要去掉大部分磨量。如何使特殊性能材质钢球在磨削过程中不致因大的压力出现深划伤,又可保持良好的表面粗糙度,这确实是加工中的一大难点。

硬度对比:

原材料硬度 HV251-262

经冷镦成形硬化后 HV350-370

经过我们反复试验验证,在光球开始时压力一定要小,先去掉环带后再逐渐加大压力至正常。这里特别指出的是,值车工责任心是非常重要的,他们不仅要观察机床各运转参数是否正常,而且要不断检查钢球磨削质量,来判断工装的使用情况,并时刻不离机床保持到钢球达到工艺尺寸为止。

设备名称:钢球光球机3ML4980

生产厂家:新乡机床厂

加工工艺参数


磨削效率:平均磨削效率为0.03mm/h。

4、研磨加工工艺参数的确定

研磨加工特殊材质钢球是全部钢球加工的关键,如试验成功,就为精研打下良好的基础,反之,将困难重重。在这道工序的加工中,我们走过不少弯路,积累了大量数据,最终我们闯过了难关,确定了该工序加工工艺。

开始试验时,钢球在光球加工后有硬精工序,由于硬精工序产生的粗大划痕,影响了成品钢球表面粗糙度,在研磨加工中难以消除。超精研油剂加金钢砂研磨的效果并不理想,改用油剂加氧化铬绿研磨效率低,表面粗糙度达不到要求,在这期间外商又提出更为严格的质量要求并要求保证供货期。虽然面临许多困难,公司领导和生产技术人员经过多次反复研究,制订了一种全新的大循环加工生产工艺,生产效率大幅度提高,产品质量也达到外商的要求。

研磨加工工艺参数:


机床名称:钢球研磨机 3M4730

生产厂家:上海第三机床厂

研磨加工分两步,即两个循环水箱,第一个水箱配制德国产磨削液120S,配比为80%,余量水。钢球在装车尺寸+100至+40时,用第一个水箱磨削,在研磨过程中,均匀添加320#金刚砂,其效率为10μm/班,效率较高,质量稳定。

当钢球尺为寸+40μm时,更换第二水箱,第二水箱配制为德国产180钢球精研液,配比为50%。此时在钢球表面均匀添加氧化铬绿进行研磨,在余下的时间里,钢球处于修正几何精度、提高表面粗糙度的状态中,并保持到钢球合格卸车。这时钢球几何精度可达到G60。

当然在研磨加工过程中,及时检测钢球表面质量是必不可少的,只有精心操作,认真检测,才能判断出磨盘是否需要修整、更换等关键问题了。

5、提光工序及其加工参数

因为材质的特殊性,钢球在正常研磨过程中所出现的光亮度远远比不上轴承钢钢球。而文中前面提到的镍这种元素具有银白色光泽,这就使得我们需要制订一种特殊的工艺,把这种光泽体现出来。我公司自制提光设备,从而达到了这种要求,钢球经清洗处理后然后装入提光设备,并添加特殊辅助材料,提光10小时,钢球表面粗糙度以及外观均达到要求。

提光后的表面粗糙度(英国Talysurf6轮廓仪)


从表中可以看出,提光后的钢球表面粗糙度均值已符合客户需要,实际水平达到G40。

6、混料检查与目检选别

为防止生产过程中混入同种规格或相近规格的轴承钢钢球,经酸洗后挑检异球的混料检查是必不可少的。

为保证钢球的批直径变动量严格控制在精度要求范围内,我们采用了进口的光杠电动分选机。此种分选机效率高,选别误差小,从而确保了钢球的批直径变动量符合要求,排除了整批钢球中大小球混存的可能性。

因为钢球表面的银白色光泽与普通轴承钢钢球的黑亮光泽不同,故增大了目检检查的难度。这种特殊材质钢球外观最大的特点是"亮渣",是加工过程中容易出现的质量问题,因此我们要求目检工序的操作者必须反复检查几次,在钢球的各个面中反复滚动,检出类似这种不合格钢球,确保百分之百达到外观要求。

六、效益对比与展望

经过公司科研生产人员的共同努力,对这种特殊材质钢球的试验生产已半年有余。仅1~4月份产量就达900万粒,预计全年可达2000万粒,基本满足外商要求。对此同类轴承钢钢球,无论在材料利用率、生产周期、生产成本、销售额等方面都有显著的经济效益,对提升公司知名度、扩大国内外市场都产生了深远的影响。

随着企业的发展和产品质量的提高,我们将在此基础上,进一步优化特殊球的加工工艺,使之上一个新的台阶,并随着用户对产品质量的进一步要求和广泛应用,提高产品的精度等级也势在必行。为满足日益增大的订货要求,我们将努力提高工艺开发水平,全面深入地对工装、研磨剂、辅料等各方面做进一步试验探讨,不断使我公司的钢球制造工艺水平处于行业领先地位。

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