鍛壓溫度對304不銹鋼法蘭磨損性能的影響

1.1材料

    試驗材料為鍛壓成型的304不銹鋼法蘭管。在1 500 t鍛壓機上進行304不銹鋼法蘭管的鍛壓試驗。304不銹鋼法蘭管的具體鍛壓工藝參數(shù)，如表2所示。在鍛壓過程中，保持模具預熱溫度(330℃)和鍛壓速度(10mm/s)均不變，改變始鍛溫度和終鍛溫度。

1.2方法

    用線切割在鍛托成型的304不銹鋼法蘭管上切割室溫和高溫磨損測試樣件。樣件為圓片狀，直徑為25mm,厚度為10mm。磨損試驗在THT高低溫磨損試驗機上進行，測試溫度為25℃室溫和500℃高溫，記錄磨損體積，并用 EVO18型掃描電子顯微鏡(簡稱SFM )觀察試件磨損表而形貌。磨損試驗過程中，設置磨輪轉速為300 r/min,磨損時間為15 min、相對滑動速度為90 mm/min、載荷為100 N，對磨材料選擇試件木體。在磨損試驗過程中，磨損體積數(shù)值越大，說明試件磨損性能越差;反之，磨損體積數(shù)值越小，說明時間磨損性能越佳。以3個平行試件磨損體積測試值的算術平均值，作為法蘭管試樣的磨損體積測試值。

2結果與分析

2.1室溫磨損性能

    鍛壓試驗過程中，在終鍛溫度為860℃、模具預熱溫度為330℃和鍛壓速度為10 mm/s的情況下，改變始鍛溫度時鍛壓成型304不銹鋼法蘭管在25℃室溫條件下的磨損性能測試結果，如圖2所示。可以看出，始鍛溫度對法蘭管室溫磨損性能產生影響。始鍛溫度從1 100℃逐漸增大到1190℃時，法蘭管室溫磨損體積先減小后基木不變然后再增大，法蘭管的室溫磨損性能先提高后基本不變然后再下降。當始鍛溫度為1 100℃時，法蘭管室溫磨損體積最大，高達30.7x10' mm';將始鍛溫度提高到1 130-1 160℃時，法蘭管室溫磨損體積明顯減小，約為20x10' mm';若將始鍛溫度進一步提高到1 190℃時，法蘭管室溫磨損體積非但沒有減小反而增大到24.3x10' nun'。由此可以看出，當始鍛溫度在1 130--1 160℃內，鍛壓成型304不銹鋼法蘭管具有較佳的室溫磨損性能。

    在終鍛溫度為860℃、模具預熱溫度為330℃和鍛壓速度為10 mm/s的情況下，不同始鍛溫度時鍛壓成型304不銹鋼法蘭管的室溫磨損表面形貌，如圖3所示。從圖3a可以看出，當始鍛溫度為1100℃時，法蘭管磨損試驗后表面出現(xiàn)較多的褶皺、起皮或脫落，磨損現(xiàn)象較為嚴重。從圖3b可以看出，當始鍛溫度為1 145℃時，法蘭管磨損試驗后表面未見明顯的褶皺、起皮或脫落，磨損現(xiàn)象較1100℃始鍛時得到明顯減輕，呈現(xiàn)出更好的室溫磨損性能。這同法蘭管室溫磨損體積測試數(shù)據一致。

    在始鍛溫度為1145℃、模具預熱溫度為330℃和鍛壓速度為10 mm/s的情況下，改變終鍛溫度時鍛壓成型304不銹鋼法蘭管在25℃室溫條件下的磨損性能測試結果，如圖4所示。可以看出，終鍛溫度對法蘭管室溫磨損性能產生影響。終鍛溫度從760℃逐漸增大到880℃時，法蘭管室溫磨損體積先減小后基本不變然后再增大，法蘭管的室溫磨損性能先提高后基本不變然后再下降。當終鍛溫度為760℃時，法蘭管室溫磨損體積最大，高達28.7x 10' mm';將終鍛溫度提高到840-860℃時，法蘭管室溫磨損體積明顯減小，約為20x 10-' nun';若將終鍛溫度進一步提高到880℃時，法蘭管室溫磨損體積非但沒有減小反而增大到24.9 x10-' mm'。由此可看出，當終鍛溫度為840-860 ℃,鍛壓成型304不銹鋼法蘭管具有較佳的室溫磨損性能。

2.2高溫磨損性能

    鍛壓試驗過程中，在終鍛溫度為860 ℃、模具預熱溫度為330℃和鍛壓速度為10 mm/s的情況下，改變始鍛溫度時鍛壓成型304不銹鋼法蘭管在500℃高溫條件下的磨損性能測試結果，如圖5所示。可看出，始鍛溫度對法蘭管高溫磨損性能產生明顯影響。始鍛溫度從1100℃逐漸增大到1 190℃時，法蘭管高溫磨損體積先減小后增大，法蘭管的高溫磨損性能先提高后下降。當始鍛溫度為1100℃時，法蘭管高溫磨損體積最大，高達53.8x10' mm';將始鍛溫度提高到1 145℃，法蘭管室溫磨損體積最小(29.6x 10-' mm')，較1100℃始鍛時減小45%;若將始鍛溫度進一步提高到1190℃，法蘭管室溫磨損體積非但沒有減小反而逐漸增大。可以看出，當始鍛溫度為1 145℃,鍛壓成型304不銹鋼法蘭管具有最佳的高溫磨損性能。為提高高溫磨損性能，鍛壓成型304不銹鋼法蘭管的始鍛溫度優(yōu)選為1 145℃。

    在始鍛溫度為1145℃、模具預熱溫度為330℃和鍛壓速度為10 mm/、的情況下，改變終鍛溫度時鍛壓成型304不銹鋼法蘭管在500℃高溫條件下的磨損性能測試結果，如圖6所示。可以看出，終鍛溫度對法蘭管高溫磨損性能產生影響。終鍛溫度從760℃逐漸增大到880℃時，法蘭管高溫磨損體積先減小后增大，法蘭管的高溫磨損性能先提高后下降。當終鍛溫度為760℃時，法蘭管高溫磨損體積最大，高達52.4x 10'mnr;將終鍛溫度提高到860℃時，法蘭管高溫磨損體積最小(29.6x 10' mm3)，較760℃終鍛時減小44%;若將終鍛溫度進一步提高到880℃時，法蘭管高溫磨損體積非但沒有減小反而增大到38.4x10mm'.由此可以看出，當終鍛溫度為860 ℃:,鍛壓成型304不銹鋼法蘭管具有最佳的高溫磨損性能。為提高高溫磨損性能，304不銹鋼法蘭管的終鍛溫度優(yōu)選為860℃。

    在始鍛溫度為1 145℃、模具預熱溫度為330℃和鍛壓速度為10 mm/s的情況下，不同終鍛溫度時鍛壓成型304不銹鋼法蘭管的高溫磨損表面形貌，如圖7所示。從圖7a可以看出，當終鍛溫度為760℃時，法蘭管磨損試驗后表面布滿褶皺、起皮或脫落，磨損現(xiàn)象極其嚴重。從圖7b可以看出，當終鍛溫度為860℃時，法蘭管磨損試驗后表面僅有細小的磨痕和少量的細小凹坑，無明顯的褶皺或起皮，磨損現(xiàn)象較1100℃始鍛時得到顯著減輕，呈現(xiàn)出更好的室溫磨損性能。從圖7c可以看出，當終鍛溫度為860℃時，法蘭管磨損試驗后表而磨損形貌介于760℃終鍛與860℃終鍛之間。這同法蘭管室溫磨損體積測試數(shù)據一致。

2.3討論與分析

    在304不銹鋼法蘭管鍛壓過程中，始鍛溫度和終鍛溫度是兩個極其重要的鍛壓工藝參數(shù)。如果304不銹鋼法蘭管的始鍛溫度選擇偏低的1100℃或終鍛溫度選擇偏低的760℃，將難以給予法蘭管內部提供足夠的熱量，導致其塑性降低，產生較大的變形抗力，而且極易產生冷作硬度，使法蘭管鍛件產生微裂紋等缺陷，從而降低法蘭管的耐磨損性能。適當提高始鍛溫度和終鍛溫度，將有助于提高法蘭管內部熱量，從而改善其塑性，降低變形抗力，減少缺陷的產生，從而獲得高質量的法蘭管鍛件，提高法蘭管的耐磨損性能。但是如果選擇過高的始鍛溫度(1 190℃,)或過高的終鍛溫度(880℃)，法蘭管內部能量過剩，將引起晶粒粗化，甚至引起法蘭管過燒，造成法蘭管材質、尺寸等發(fā)生變化，難以獲得優(yōu)質的法蘭管鍛件，導致法蘭管的耐磨損性能下降。這也是為什么304不銹鋼法蘭管的始鍛溫度和終鍛溫度都不宜過低也不宜過高，而分別優(yōu)選1 145,860℃的原因。

    304不銹鋼法蘭管鍛件的磨損主要經歷3個階段，分別是初期磨損、穩(wěn)定磨損和加速磨損階段。在初期磨損階段，在外部載荷作用下，與磨輪接觸的法蘭管表面出現(xiàn)高應力滑動，當選擇偏低或偏高的始鍛溫度或終鍛溫度時，由于裂紋等內部缺陷的存在，法蘭管難以抵御這種高應力滑動，從而在法蘭管表面出現(xiàn)較深的磨痕，法蘭管耐磨性較差;而選擇恰當?shù)氖煎憸囟群徒K鍛溫度時，高質量的法蘭管可明顯提高抵御這種高應力滑動的能力，從而使得法蘭管表面的磨痕明顯變細變淺，法蘭管耐磨性較佳。在穩(wěn)定磨損階段，隨著摩擦磨損的反復進行，原有的磨痕將不斷加深，抵抗摩擦磨損能力較差的法蘭管在磨痕加深的基礎上，甚至出現(xiàn)褶皺、起皮或脫落現(xiàn)象;而具有較好耐磨損性能法蘭管的磨痕加深程度有限，也往往不會出現(xiàn)明顯的褶皺、起皮或脫落。在加速磨損階段，在進一步的摩擦磨損過程中，耐磨損性能差的法蘭管的磨損惡化更為顯著，表面出現(xiàn)更多的褶皺、起皮或脫落，磨痕也更加粗大;而耐磨損性能好的法蘭管則可以繼續(xù)抵抗反復的摩擦磨損，呈現(xiàn)出較細小的磨痕和凹坑，而無明顯的褶皺、起皮或脫落。所以，在304不銹鋼法蘭管的鍛任過程中，必須選擇恰當?shù)氖煎憸囟群徒K鍛溫度，才能有效提高鍛壓304不銹鋼法蘭管的磨損性能。

3結論

    1)始鍛溫度和終鍛溫度均對鍛壓成型304不銹鋼法蘭管的室溫和高溫磨損性能產生影響。始鍛溫度從1100℃逐漸增大到1 190℃、終鍛溫度從760℃逐漸增大到880℃時，法蘭管室溫磨損性能先提高后基木不變再下降，高溫磨損性能先提高后下降。

    2)當始鍛溫度為1 130--1 160℃、終鍛溫度為840-860℃時，304不銹鋼法蘭管的室溫磨損性能最佳。與1100℃始鍛相比，1 145℃始鍛時304不銹鋼法蘭管500℃高溫磨損體積減小45%r;與760℃終鍛相比，860℃終鍛時法蘭管500℃高溫磨損體積減小44%.

    3)為提高室溫和高溫磨損性能，鍛壓成型304不銹鋼法蘭管的始鍛溫度和終鍛溫度分別優(yōu)選為1145,860℃。