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锻压温度对304不锈钢法兰管磨损性能的影响

作者:admin 来源:原创 日期:2017-12-27 23:12:41 人气:18

   不锈钢法兰管是一种常用的零部件,在各个领域得到广泛的应用,也吸引了较多研究人员的关注。王引卫,基于动态再结晶对304不锈钢法兰管的锻压温度进行优化研究,并对其锻压成形的显微组织衍化进行了数值模拟。井维海等则研究了不锈钢法兰与紫铜管的焊接方法和工艺。卢曰杨等研究了奥氏体不锈钢管坯墩挤法兰工艺。邓香中等对不锈钢管壳式换热器法兰结构进行了研究和分析。范修谦则对不锈钢法兰弯管的精密铸造技术进行了研究。王建永等研究了多孔不锈钢管与致密法兰的焊接工艺。磨损性能是不锈钢法兰管的一个重要性能,随着市场对不锈钢法兰管性能要求的提高,不锈钢法兰管的磨损性能研究至关重要,尤其是室温和高温磨损性能。锻压是不锈钢法兰管的主要成型工艺,锻压温度是最重要的锻压工艺参数。但是,日前关于锻压温度对不锈钢法兰管磨损性能影响的研究还较少,难以适应大规模工业化生产的需要。为此,笔者采用不同的锻压温度对不锈钢法兰管进行锻压试验,测试和分析不锈钢法兰管在25℃室温和500℃高温环境下的磨损性能,研究锻压温度对不锈钢法兰管室温和高温磨损性能的影响规律。

试验

1.1材料

    试验材料为锻压成型的304不锈钢法兰管。在1 500 t锻压机上进行304不锈钢法兰管的锻压试验。304不锈钢法兰管的具体锻压工艺参数,如表2所示。在锻压过程中,保持模具预热温度(330)和锻压速度(10mm/s)均不变,改变始锻温度和终锻温度。

1.2方法

    用线切割在锻托成型的304不锈钢法兰管上切割室温和高温磨损测试样件。样件为圆片状,直径为25mm,厚度为10mm。磨损试验在THT高低温磨损试验机上进行,测试温度为25℃室温和500℃高温,记录磨损体积,并用 EVO18型扫描电子显微镜(简称SFM )观察试件磨损表而形貌。磨损试验过程中,设置磨轮转速为300 r/min,磨损时间为15 min、相对滑动速度为90 mm/min、载荷为100 N,对磨材料选择试件木体。在磨损试验过程中,磨损体积数值越大,说明试件磨损性能越差;反之,磨损体积数值越小,说明时间磨损性能越佳。以3个平行试件磨损体积测试值的算术平均值,作为法兰管试样的磨损体积测试值。

2结果与分析

2.1室温磨损性能

    锻压试验过程中,在终锻温度为860℃、模具预热温度为330℃和锻压速度为10 mm/s的情况下,改变始锻温度时锻压成型304不锈钢法兰管在25℃室温条件下的磨损性能测试结果,如图2所示。可以看出,始锻温度对法兰管室温磨损性能产生影响。始锻温度从1 100℃逐渐增大到1190℃时,法兰管室温磨损体积先减小后基木不变然后再增大,法兰管的室温磨损性能先提高后基本不变然后再下降。当始锻温度为1 100℃时,法兰管室温磨损体积最大,高达30.7x10' mm';将始锻温度提高到1 130-1 160℃时,法兰管室温磨损体积明显减小,约为20x10' mm';若将始锻温度进一步提高到1 190℃时,法兰管室温磨损体积非但没有减小反而增大到24.3x10' nun'。由此可以看出,当始锻温度在1 130--1 160℃内,锻压成型304不锈钢法兰管具有较佳的室温磨损性能。

    在终锻温度为860℃、模具预热温度为330℃和锻压速度为10 mm/s的情况下,不同始锻温度时锻压成型304不锈钢法兰管的室温磨损表面形貌,如图3所示。从图3a可以看出,当始锻温度为1100℃时,法兰管磨损试验后表面出现较多的褶皱、起皮或脱落,磨损现象较为严重。从图3b可以看出,当始锻温度为1 145℃时,法兰管磨损试验后表面未见明显的褶皱、起皮或脱落,磨损现象较1100℃始锻时得到明显减轻,呈现出更好的室温磨损性能。这同法兰管室温磨损体积测试数据一致。

    在始锻温度为1145℃、模具预热温度为330℃和锻压速度为10 mm/s的情况下,改变终锻温度时锻压成型304不锈钢法兰管在25℃室温条件下的磨损性能测试结果,如图4所示。可以看出,终锻温度对法兰管室温磨损性能产生影响。终锻温度从760℃逐渐增大到880℃时,法兰管室温磨损体积先减小后基本不变然后再增大,法兰管的室温磨损性能先提高后基本不变然后再下降。当终锻温度为760℃时,法兰管室温磨损体积最大,高达28.7x 10' mm';将终锻温度提高到840-860℃时,法兰管室温磨损体积明显减小,约为20x 10-' nun';若将终锻温度进一步提高到880℃时,法兰管室温磨损体积非但没有减小反而增大到24.9 x10-' mm'。由此可看出,当终锻温度为840-860 ,锻压成型304不锈钢法兰管具有较佳的室温磨损性能。

2.2高温磨损性能

    锻压试验过程中,在终锻温度为860 ℃、模具预热温度为330℃和锻压速度为10 mm/s的情况下,改变始锻温度时锻压成型304不锈钢法兰管在500℃高温条件下的磨损性能测试结果,如图5所示。可看出,始锻温度对法兰管高温磨损性能产生明显影响。始锻温度从1100℃逐渐增大到1 190℃时,法兰管高温磨损体积先减小后增大,法兰管的高温磨损性能先提高后下降。当始锻温度为1100℃时,法兰管高温磨损体积最大,高达53.8x10' mm';将始锻温度提高到1 145℃,法兰管室温磨损体积最小(29.6x 10-' mm'),较1100℃始锻时减小45%;若将始锻温度进一步提高到1190℃,法兰管室温磨损体积非但没有减小反而逐渐增大。可以看出,当始锻温度为1 145,锻压成型304不锈钢法兰管具有最佳的高温磨损性能。为提高高温磨损性能,锻压成型304不锈钢法兰管的始锻温度优选为1 145℃。

    在始锻温度为1145℃、模具预热温度为330℃和锻压速度为10 mm/、的情况下,改变终锻温度时锻压成型304不锈钢法兰管在500℃高温条件下的磨损性能测试结果,如图6所示。可以看出,终锻温度对法兰管高温磨损性能产生影响。终锻温度从760℃逐渐增大到880℃时,法兰管高温磨损体积先减小后增大,法兰管的高温磨损性能先提高后下降。当终锻温度为760℃时,法兰管高温磨损体积最大,高达52.4x 10'mnr;将终锻温度提高到860℃时,法兰管高温磨损体积最小(29.6x 10' mm3),较760℃终锻时减小44%;若将终锻温度进一步提高到880℃时,法兰管高温磨损体积非但没有减小反而增大到38.4x10mm'.由此可以看出,当终锻温度为860 :,锻压成型304不锈钢法兰管具有最佳的高温磨损性能。为提高高温磨损性能,304不锈钢法兰管的终锻温度优选为860℃。

    在始锻温度为1 145℃、模具预热温度为330℃和锻压速度为10 mm/s的情况下,不同终锻温度时锻压成型304不锈钢法兰管的高温磨损表面形貌,如图7所示。从图7a可以看出,当终锻温度为760℃时,法兰管磨损试验后表面布满褶皱、起皮或脱落,磨损现象极其严重。从图7b可以看出,当终锻温度为860℃时,法兰管磨损试验后表面仅有细小的磨痕和少量的细小凹坑,无明显的褶皱或起皮,磨损现象较1100℃始锻时得到显著减轻,呈现出更好的室温磨损性能。从图7c可以看出,当终锻温度为860℃时,法兰管磨损试验后表而磨损形貌介于760℃终锻与860℃终锻之间。这同法兰管室温磨损体积测试数据一致。

2.3讨论与分析

    304不锈钢法兰管锻压过程中,始锻温度和终锻温度是两个极其重要的锻压工艺参数。如果304不锈钢法兰管的始锻温度选择偏低的1100℃或终锻温度选择偏低的760℃,将难以给予法兰管内部提供足够的热量,导致其塑性降低,产生较大的变形抗力,而且极易产生冷作硬度,使法兰管锻件产生微裂纹等缺陷,从而降低法兰管的耐磨损性能。适当提高始锻温度和终锻温度,将有助于提高法兰管内部热量,从而改善其塑性,降低变形抗力,减少缺陷的产生,从而获得高质量的法兰管锻件,提高法兰管的耐磨损性能。但是如果选择过高的始锻温度(1 190,)或过高的终锻温度(880),法兰管内部能量过剩,将引起晶粒粗化,甚至引起法兰管过烧,造成法兰管材质、尺寸等发生变化,难以获得优质的法兰管锻件,导致法兰管的耐磨损性能下降。这也是为什么304不锈钢法兰管的始锻温度和终锻温度都不宜过低也不宜过高,而分别优选1 145,860℃的原因。

    304不锈钢法兰管锻件的磨损主要经历3个阶段,分别是初期磨损、稳定磨损和加速磨损阶段。在初期磨损阶段,在外部载荷作用下,与磨轮接触的法兰管表面出现高应力滑动,当选择偏低或偏高的始锻温度或终锻温度时,由于裂纹等内部缺陷的存在,法兰管难以抵御这种高应力滑动,从而在法兰管表面出现较深的磨痕,法兰管耐磨性较差;而选择恰当的始锻温度和终锻温度时,高质量的法兰管可明显提高抵御这种高应力滑动的能力,从而使得法兰管表面的磨痕明显变细变浅,法兰管耐磨性较佳。在稳定磨损阶段,随着摩擦磨损的反复进行,原有的磨痕将不断加深,抵抗摩擦磨损能力较差的法兰管在磨痕加深的基础上,甚至出现褶皱、起皮或脱落现象;而具有较好耐磨损性能法兰管的磨痕加深程度有限,也往往不会出现明显的褶皱、起皮或脱落。在加速磨损阶段,在进一步的摩擦磨损过程中,耐磨损性能差的法兰管的磨损恶化更为显著,表面出现更多的褶皱、起皮或脱落,磨痕也更加粗大;而耐磨损性能好的法兰管则可以继续抵抗反复的摩擦磨损,呈现出较细小的磨痕和凹坑,而无明显的褶皱、起皮或脱落。所以,在304不锈钢法兰管的锻任过程中,必须选择恰当的始锻温度和终锻温度,才能有效提高锻压304不锈钢法兰管的磨损性能。

3结论

    1)始锻温度和终锻温度均对锻压成型304不锈钢法兰管的室温和高温磨损性能产生影响。始锻温度从1100℃逐渐增大到1 190℃、终锻温度从760℃逐渐增大到880℃时,法兰管室温磨损性能先提高后基木不变再下降,高温磨损性能先提高后下降。

    2)当始锻温度为1 130--1 160℃、终锻温度为840-860℃时,304不锈钢法兰管的室温磨损性能最佳。与1100℃始锻相比,1 145℃始锻时304不锈钢法兰管500℃高温磨损体积减小45%r;760℃终锻相比,860℃终锻时法兰管500℃高温磨损体积减小44%.

    3)为提高室温和高温磨损性能,锻压成型304不锈钢法兰管的始锻温度和终锻温度分别优选为1145,860℃。