301不锈钢工艺试验研究

301不锈钢工艺试验研究

弹簧片由20c钢带材料制成，多年来由20c钢带材料制成。由于20C钢属于高碳钢,在进行镀镉钝化时,易出现下面两方面问题:一是,因热处理氧化斑点在镀镉时零件表面出现起泡、花斑现象;二是高碳钢镀镉钝化存在氢脆倾向。一旦上述两方面问题出现,将会导致因弹簧片合格率低而成批报废的质量事故发生,造成人力、物力、财力资源极大浪费。301不锈钢材料性能,与20C钢相比,具有疲劳强度高、抗盐雾能力好等特点,目前,xxx-3产品用电刷弹簧采用301不锈钢材料制造,使用状况良好。本文以某产品用弹簧片为研究对象,通过对301材料制弹簧片进行不同工艺的回火处理,获得不同状态的弹簧片,然后采用对比试验的方法,对各种状态的301材料制弹簧片与20C钢制弹簧片分别进行了抗拉强度试验、弯曲试验、盐雾试验和吸片组件力学特性测试。1化学成分分析采用厚度为(0.15±0.005)mm的20C高碳钢钢带,由原材料直接加工成未回火的弹簧片(抗拉强度σb=2080MPa)、镀镉钝化后弹簧片(回火后抗拉强度σb=1800、1810N)。厚度为(0.15±0.005)mm的301不锈钢钢带,化学成分见表1。采用301不锈钢钢带制造弹簧片,对其分类标识后,分别进行350℃×3.5h、450℃×3.5h、450℃×1.0h、470℃×3.5h、470℃×1.0h、490℃×0.5h、520℃×3.5h、600℃×3.5h回火处理;对20C钢带弹簧片,分别对其进行380℃×2.0h回火处理,镀镉钝化处理。采用对比试验法,对20C钢制零件和301不锈钢制弹簧片进行抗拉强度试验、弯曲试验、盐雾试验和吸片组件力学性能测试。2实验过程和结果分析2.1第5批试验结果301材料属于奥氏体不锈钢,这类材料一般不能通过热处理来强化,而是通过冷变形加工来提高其强度,随着冷加工变形度的增加,材料强度升高而塑性下降。试验使用301不锈钢,原材料抗拉强度,与xxx-1、xxx-2产品用弹簧片抗拉强度要求不符(1700~1850MPa,1800~1950MPa)。为使301制弹簧片的抗拉强度符合要求,通过对301不锈钢材料进行一系列回火试验,并对试验结果进行力学性能测试,结果见图1。为反映回火温度对抗拉强度的影响,将回火温度(保温时间均为3.5h)与抗拉强度的关系绘成图1所示曲线。可看出,回火温度低于350℃时,随着回火温度的升高,抗拉强度有所升高;当回火温度超过350℃,随着回火温度升高,抗拉强度开始降低;回火温度超过450℃时,抗拉强度急剧降低。回火保温时间对抗拉强度具有影响:对冷变形强化的奥氏体不锈钢而言,当回火温度一定时,只有当保温到一定程度,冷变形强化效果才会减弱。本批试验用301材料,保温时间在1.0~3.5h,其抗拉强度稳定在一定范围。20C钢弹簧片,经380℃×2.0h回火(原工艺)后,抗拉强度σb=1800、1810MPa,满足某产品抗拉强度要求值。2.2延长弹响片弯曲次数经过落冲-去毛刺-回火等加工工序后,将抗拉强度不同的301弹簧片及未进行回火处理的301弹簧片用弯曲夹具进行弯曲试验,结果列于表2。可看出,随回火温度的升高,保温时间的适当延长,弹簧片的弯曲次数从总体上看是增加的。这主要与回火后存留的冷变形程度有关,冷变形存留的程度越小,材料抗拉强度越小,其塑性、韧性升高,因此打弯次数便增加。将20C材料制的未回火弹簧片、回火后的弹簧片、镀镉钝化后的弹簧片于弯曲夹具进行弯曲试验,试验结果列于表3。表2、3弯曲次数统计数据表明,301不锈钢弹簧片无论是原材料状态还是回火后状态,其打弯次数高于相应状态的20C弹簧片。原因主要有两个方面:一是奥氏体不锈钢具有良好的韧性;二是冷变形加工的奥氏体不锈钢疲劳强度大幅度提高,而20C属于高碳钢,其疲劳强度相对较低。2.3盐雾性能对301材料制未回火弹簧片、不同回火温度、保温时间处理的弹簧片、xxx-3产品用电刷弹簧、20C材料制镀镉钝化后的弹簧片均各3件,按照GJB150.11-86试验方法进行盐雾试验48h,盐雾试验结果列于表4。可知:对于301不锈钢弹簧片,除520℃×3.5h(表面光亮)外,其余弹簧片当零件表面光亮无氧化膜时,盐雾试验结果:表面均无腐蚀;350℃×3.5h回火后表面氧化的弹簧片,由于回火温度低,在表面仅形成一层极薄的氧化色,因此,其耐盐雾性能也较好;520℃×3.5h回火后表面光亮的弹簧片,出现局部严重腐蚀,主要在于301不锈钢材料在500~800℃回火时,碳化铬将沿奥氏体晶界析出,在腐蚀介质中便易产生腐蚀;301不锈钢材料在加热时,表面形成的致密氧化膜(即钝化膜Cr2O3),能防止材料内部进一步氧化,但是这层钝化膜在含氯离子的介质中,会因发生化学反应而遭到破坏,致使材料内部发生腐蚀。2.4试验结果对采用301材料加工且抗拉强度满足xxx-1产品要求的弹簧片,在装配车间进行以下试验:测量厚度-打弯(打弯角度约8°~15°)-装配-涂漆-加负荷稳定处理(负荷:170N、温度:(170±10)℃、时间:30h),低温(温度:-60-5+1℃、时间:2h)测量力学特性。在xxx-1产品用不锈钢弹簧片(平均厚度0.1556)装配的吸片组件机械特性测量过程中,第一次打弯角度:12°15′±15′,吸片组件测量机械特性不符合资料要求;第二次打弯角度:12°±15′,吸片组件测量特性仍不符合资料要求;第三次打弯角度调整为:11°45′±15′,吸片组件测量机械特性均符合资料要求。具体试验数据见表5。对采用301材料加工且抗拉强度满足xxx-2某产品要求的弹簧片,在装配车间进行以下试验:测量厚度-打弯(打弯角度约8°~15°)-装配-涂漆-加负荷稳定处理(负荷:170N、温度:(170±10)℃、时间:30h)-低温(温度:-60-5+1℃、时间:2h)-测量机械特性。在xxx-2产品用不锈钢弹簧片(平均厚度0.1556)装配的吸片组件机械特性测量过程中,第一次打弯角度:12°15′±15′,吸片组件测量机械特性不符合资料要求;第二次打弯角度:12°±15′,吸片组件测量特性仍不符合资料要求;第三次打弯角度调整为:11°45′±15′,吸片组件力学特性均符合资料要求。具体试验数据见表6。20C弹簧片在生产中已应用多年,本文就吸片组件装配及机械特性测量方面,没有另行试验统计,而是采用xxx批产品中吸片组件测试数据,具体见表7、表8。20