0cr18ni9不銹鋼鋼球的開發

     鋼球是重要的基礎零部件，尤其是精密工業鋼球在國民經濟發展中起著巨大作用。在一些特殊條件下，常常需要特殊材質的鋼球，來完成不同環境下所要求達到的功能。其實一些特殊材質鋼球已廣泛應用于國民經濟各個領域中，包括9Cr18、3Cr13不銹鋼，銅、鋁、鈦合金鋼以及瑪瑙、玻璃、陶瓷球等。它們的推廣應用，不僅推動了鋼球生產業的發展，而且也促進了相關行業的技術發展和科技進步。下面筆者著重談一下特殊材質--0Cr18Ni9鋼球的開發過程及成果。 {TodayHot}
    一、事由
    國內一家大型外商獨資企業，其主要電器產品中的轉動零件采用的材料就是0Cr18Ni9，此種材料鋼球原為國外進口，且價格較高。該公司經過對我公司多次考察認為，我公司是國內生產鋼球較早的廠家之一，具有多年的生產管理經驗，生產加工工藝、質量管理能達到他們的要求，因此雙方簽訂了供貨協議。
    二、對材料特殊性的分析
    0Cr18Ni9材質化學成份如下：
    1、鎳及鎳合金的物理性能
    呈銀白色，拋光后能長期保持美麗的光澤，比重8.9，晶格呈面心立方。
    2、化學性能
     鉻、鎳兩元素相配合組成鉻鎳不銹鋼，是一種較好的不銹鋼。在此種不銹鋼中加入大量鎳是為了得到單一的奧氏體組織，從而提高其耐蝕性和工藝性。在常溫和低溫下有很強的塑性和韌性，不具磁性，有較好的抗晶間腐蝕性能。
    （1）鉻對不銹鋼的耐蝕性能起主要作用
     鉻是決定不銹鋼抗腐蝕性能的主要元素，因為鋼中含鉻就能使不銹鋼在氧化介質中產生鈍化現象，即在表面形成一層很薄的膜，在這層膜內富集了鉻。鋼中含鉻量愈高，抗腐蝕性能就愈強。此外，鉻對鋼的機械性能和工藝性能都能起到很好的強化作用。
   （2）鎳對不銹鋼的影響
    只有在它與鉻配合時才能充分表現出來。鎳是形成奧氏體的合金元素，當鎳與鉻配合使用時，即可使金相組織由單相的鐵素體變為奧氏體和鐵素體雙相組織，經過熱處理，可以提高強度，從而使其具有更強的不銹耐蝕性和良好的形變性能。
    2、雜質對性能的影響
    當含碳量介于0.1%~0.3%之間時，在退火后，碳將以石墨狀態在晶格間界上析出，破壞了晶粒間的結合力，強烈地降低鎳的強度和塑性，使加工變形產生困難。
    另外碳與鉻有很強的親合力，能形成一系列碳化物。鋼中的含碳量愈高，形成的碳化鉻愈多，固溶體中含鉻量就相對減少，鋼的耐腐蝕性能就會降低。
    硫是有害的雜質，硫與鎳形成Ni3S2化合物，Ni3S2與鎳在625℃形成低熔點共晶，分布在晶粒間界上，當熱變形溫度超過共晶熔點時，即沿晶粒間界開裂，產生所謂"熱脆"現象。鎳在常溫時與硫生成的Ni3S2能引起冷脆。
    三、鋼球規格及精度要求為：
    用戶對此球提出如下要求：球表面無劃傷、麻坑、裂紋，不能出現任何銹蝕，表現粗糙度要求較高。
    四、0Cr18Ni9鋼球與軸承鋼鋼球加工工藝對比
    前面分析了0Cr18Ni9材質的有關性能，由于Cr、Ni元素具有抗耐磨性、抗氧化性能和較高的強度等特性，相對于軸承鋼而言，在加工中顯得既"硬"又"粘"，故增大了此種鋼球加工的難度。經過我們反復試驗加工，制訂出了比較可行的工藝流程，對比如下：
    軸承鋼鋼球：
    原材料檢查-高速冷鐓-銼削-光球-硬磨-熱處理-初研-清洗-目檢-精研-檢查-上油包裝
    0Cr18Ni9鋼球：
    原材料檢查-高速冷鐓-光球-研磨-清洗-提光-酸洗-清洗-分選-目檢-檢查-包裝
    該工藝最可取也是最成功之處在于研磨工序，它包括了硬精、初研以及精研提光三道工序為一體，從而節省了機床多臺配置、工裝重復加工，縮短了物流時間，減輕了員工裝卸車的勞動強度，大大提高了研磨效率，為使鋼球達到成品技術要求提供了保障。
    五、主要加工工序技術參數的確定
    1、鋼球總留量
    3m和1/8〃鋼球冷鐓加工為同一球坯，因考慮其原材料的特殊性，從而壓縮鋼球的總留量。
    總留量：mm
    軸承鋼鋼球 0.45±0.05
    0Cr18Ni9鋼球 0.35+0.05
    我們精選了產自上海鋼廠生產的0Cr18Ni9鋼材，其總留量的壓縮可使材料利用率提高9.2%。
    2、高冷工藝參數及工裝的確定
    因為總留量壓縮后，我公司自制了高冷冷鐓模，每付冷鐓模可生產球坯150萬粒以上。
    設備名稱：高速冷鐓機ZA32G-5
    生產廠家：上海群英機床廠
    主要技術參數：600次/分
    班產量：每班按8小時，開始率80%計算：
    600次/分×60分×8小時×80%=23.04（萬粒）
    3、光球加工及其參數
    0Cr18Ni9鋼球在本工序要去掉大部分磨量。如何使特殊性能材質鋼球在磨削過程中不致因大的壓力出現深劃傷，又可保持良好的表面粗糙度，這確實是加工中的一大難點。
    硬度對比：
    原材料硬度 HV251-262
    經冷鐓成形硬化后 HV350-370
    經過我們反復試驗驗證，在光球開始時壓力一定要小，先去掉環帶后再逐漸加大壓力至正常。這里特別指出的是，值車工責任心是非常重要的，他們不僅要觀察機床各運轉參數是否正常，而且要不斷檢查鋼球磨削質量，來判斷工裝的使用情況，并時刻不離機床保持到鋼球達到工藝尺寸為止。
    設備名稱：鋼球光球機3ML4980
    生產廠家：新鄉機床廠
    加工工藝參數
    磨削效率：平均磨削效率為0.03mm/h。
    4、研磨加工工藝參數的確定
    研磨加工特殊材質鋼球是全部鋼球加工的關鍵，如試驗成功，就為精研打下良好的基礎，反之，將困難重重。在這道工序的加工中，我們走過不少彎路，積累了大量數據，最終我們闖過了難關，確定了該工序加工工藝。
    開始試驗時，鋼球在光球加工后有硬精工序，由于硬精工序產生的粗大劃痕，影響了成品鋼球表面粗糙度，在研磨加工中難以消除。超精研油劑加金鋼砂研磨的效果并不理想，改用油劑加氧化鉻綠研磨效率低，表面粗糙度達不到要求，在這期間外商又提出更為嚴格的質量要求并要求保證供貨期。雖然面臨許多困難，公司領導和生產技術人員經過多次反復研究，制訂了一種全新的大循環加工生產工藝，生產效率大幅度提高，產品質量也達到外商的要求。
    研磨加工工藝參數：
    機床名稱：鋼球研磨機 3M4730
    生產廠家：上海第三機床廠
    研磨加工分兩步，即兩個循環水箱，第一個水箱配制德國產磨削液120S，配比為80%，余量水。鋼球在裝車尺寸+100至+40時，用第一個水箱磨削，在研磨過程中，均勻添加320#金剛砂，其效率為10μm/班，效率較高，質量穩定。
    鋼球尺為寸+40μm時，更換第二水箱，第二水箱配制為德國產180鋼球精研液，配比為50%。此時在鋼球表面均勻添加氧化鉻綠進行研磨，在余下的時間里，鋼球處于修正幾何精度、提高表面粗糙度的狀態中，并保持到鋼球合格卸車。這時鋼球幾何精度可達到G60。
    當然在研磨加工過程中，及時檢測鋼球表面質量是必不可少的，只有精心操作，認真檢測，才能判斷出磨盤是否需要修整、更換等關鍵問題了。
    5、提光工序及其加工參數
    因為材質的特殊性，鋼球在正常研磨過程中所出現的光亮度遠遠比不上軸承鋼鋼球。而文中前面提到的鎳這種元素具有銀白色光澤，這就使得我們需要制訂一種特殊的工藝，把這種光澤體現出來。我公司自制提光設備，從而達到了這種要求，鋼球經清洗處理后然后裝入提光設備，并添加特殊輔助材料，提光10小時，鋼球表面粗糙度以及外觀均達到要求。
    提光后的表面粗糙度（英國Talysurf6輪廓儀）
    從表中可以看出，提光后的鋼球表面粗糙度均值已符合客戶需要，實際水平達到G40。
    6、混料檢查與目檢選別
    為防止生產過程中混入同種規格或相近規格的軸承鋼鋼球，經酸洗后挑檢異球的混料檢查是必不可少的。
    為保證鋼球的批直徑變動量嚴格控制在精度要求范圍內，我們采用了進口的光杠電動分選機。此種分選機效率高，選別誤差小，從而確保了鋼球的批直徑變動量符合要求，排除了整批鋼球中大小球混存的可能性。
    因為鋼球表面的銀白色光澤與普通軸承鋼鋼球的黑亮光澤不同，故增大了目檢檢查的難度。這種特殊材質鋼球外觀最大的特點是"亮渣"，是加工過程中容易出現的質量問題，因此我們要求目檢工序的操作者必須反復檢查幾次，在鋼球的各個面中反復滾動，檢出類似這種不合格鋼球，確保百分之百達到外觀要求。
    六、效益對比與展望
    經過公司科研生產人員的共同努力，對這種特殊材質鋼球的試驗生產已半年有余。僅1~4月份產量就達900萬粒，預計全年可達2000萬粒，基本滿足外商要求。對此同類軸承鋼鋼球，無論在材料利用率、生產周期、生產成本、銷售額等方面都有顯著的經濟效益，對提升公司知名度、擴大國內外市場都產生了深遠的影響。
    隨著企業的發展和產品質量的提高，{HotTag}我們將在此基礎上，進一步優化特殊球的加工工藝，使之上一個新的臺階，并隨著用戶對產品質量的進一步要求和廣泛應用，提高產品的精度等級也勢在必行。為滿足日益增大的訂貨要求，我們將努力提高工藝開發水平，全面深入地對工裝、研磨劑、輔料等各方面做進一步試驗探討，不斷使我公司的鋼球制造工藝水平處于行業領先地位。