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精密车削加工线材缺陷原因分析

发布时间:2016-12-29 11:51:00 阅读次数:

  精密车削加工线材缺陷原因分析:为使氧化铁皮对表面缺陷生成的影响更加明显,选择了含有Cr和Si轴承钢作为实验钢种。为形成氧化铁皮,将试验用钢材放入燃烧气氛中进行加热后埋入树脂中,用于显微镜组织检验。加热气氛模拟实际操作使用的LNG的燃烧组成(72%N2-18%H2O-10%CO2)。

  根据实机实验所得的氧化铁皮和表面缺陷的分析结果,推测表面缺陷的发生机理如下。

  在加热炉内钢材圆周会发生氧化铁皮和内部氧化层。

  内部氧化层即使用氧化铁皮清除机清除后仍会残留下来。

  线材轧制特有的变形作用会使钢材沿圆周方向被局部压缩,同时由于内部氧化层会被挤压到钢材中,因此会生成有规则性的表面缺陷。

  生成的表面缺陷由于其后轧制过程中的拉伸作用,表面缺陷会变浅,但在生成时的表面缺陷深的情况下,这种表面缺陷会残留下来。

  为对轧制变形中表面缺陷的发生指标进行定量化,采用了神户制钢公司开发的刚塑性三维FEM解析软件对表面圆周方向的应变进行了解析,并与基础实验结果进行了比较。

  由于精密车削加工表面缺陷的发生指标(缺陷深度)还与影响内部氧化层剥落性的钢材成分(容易挤压到表面缺陷内部的钢材成分)有关,因此生成的缺陷深度的敏感性因钢种的不同而不同。此次基础实验采用的硅镇静钢(JISSWRCH45K)在各种条件下的局部压缩应变与该部位的表面缺陷深度的关系表明,局部压缩应变和表面缺陷深度具有相互关系,局部压缩应变越小,缺陷深度就越小。由此可知,控制局部压缩应变可以减小表面缺陷深度。根据作用于轧制变形中的钢材表面的局部压缩应变,可以对表面缺陷的发生进行预测,并对其发生指标进行定量化。对氧化铁皮清除装置的头部进行改造,提高清除内部氧化层的能力,以及通过优化轧制道次程序,可以减小局部压缩应变。采取上述措施后产品的最大缺陷深度减小了,降低了表面缺陷发生率。

  精密车削加工线材的内部缺陷是指在线材的内部破坏金属基体完整性的、影响产品质量的各种缺陷,包括局部不连续破裂、成分或结晶不均匀及外来异物等。内部缺陷需要用取样或探测等手段来确定。有的缺陷由表面延伸到内部,既是表面缺陷又是内部缺陷。内部缺陷严重影响线材的性能。内部缺陷可归纳为两类:一类是宏观的,可以通过酸浸低倍试样或断口时进行观察,或用无损探伤等办法,经肉眼检查和判别,如缩孔、气孔、疏松、分层非金属夹杂和过热、过烧等;另一类是微观缺陷,如晶粒度大小混晶、细小夹杂、组织不均、带状组织和网状组织等。

  造成内部缺陷的原因有冶炼、连铸坯浇铸、热轧、控冷或热处理工艺的不合理等。冶炼时钢液中含有过多的气体,过多的杂质如磷、硫、铅等;加入合金后成分混合不均;炉渣末除净等都影响钢的纯净度,危害产品质量。浇铸过程是产生内部缺陷的又一来源,炉渣和脱氧产物的卷入,钢液二次氧化,外来异物及耐火材料的混入,浇铸温度过高、过低,冷却速度过快、过慢,热金属回填不够,都会导致出现缩孔、夹杂、裂纹、疏松和气孔等。

  精密车削加工热轧时坯料加热温度过高或加热时间过长,会引起过热、过烧、晶粒粗大、表面氧化和脱碳;控温轧制时轧制温度和轧后控冷制度不合理将引起组织不均,或产生不利的组织形态、

  耳子:盘条表面沿轧制方向的条状凸起称为耳子。出现在线材一侧的叫单面耳子,两侧的叫双面耳子和上下两个半圆错开的错边耳子。有的耳子贯穿线材全长,也有的呈局部、断续或呈周期性分布。产生的原因主要是成品孔轧槽过充满,多余的金属被挤到辊缝里。在高速轧机生产线材时,线材头尾两端由于失去张力很难避免耳子的产生。

  产生耳子的具体原因为:

  (1)孔型设计不合理、轧机调整不当或成品前孔磨损严重,造成成品孔压下量过大,产生双面耳子;

  (2)成品孔入口导板安装不正、不牢、间隙过大或轧件入孔型不正,易产生单面耳子或双面断续耳子;

  (3)轧制温度的波动或局部不均匀,影响轧件的宽展量不同,也可能出现耳子;

  (4)连轧机调整不良,产生堆钢、拉钢现象,堆钢时轧件中间出现耳子,拉钢时轧件头尾出现耳子;

  (5)成品前孔轧槽掉金属,轧件表面出现凸包,在成品孔中轧制时,将产生周期性耳子;

  (6)坯料的缺陷,如缩孔、偏析、分层及外来夹杂,影响轧件的正常变形,也是形成耳子的原因。

  防止和消除耳子的方法:

  (1)选择合适的宽展系数,完善孔型设计;(2)合理的轧机调整,合理分配压下量;

  (3)正确安装成品孔的入口导板;(4)更换磨损严重的孔槽;(5)提高坯料加热质量,加热温度均匀。

  折叠:盘条表面层金属的折合分层,外形与裂纹相似,在横断面上与表面呈小角度交角状,常呈直线状,也有呈曲线形或锯齿形,这种表面缺陷称为折叠。折叠的分布有明显的规律性,一般是通长地,也有的是局部或断续地分布在线材表面上。折叠的两侧伴有脱碳层或部分脱碳层,折缝中有较多的氧化铁皮。线材的表面上不许有折叠缺陷。

  产生原因:

  (1)轧制时由于前道轧件出耳子,在后道轧制时被轧折;

  (2)轧件表面被严重划伤,后被轧折;

  (3)坯料表面清理沟痕过深、过陡,深宽比不够,在以后被轧折;

  (4)由于轧槽掉肉,造成轧件表面凸包,再轧时折合;

  (5)上下轧槽尺寸不吻合,轧件出棱子被轧折。

  防止和消除折叠方法:

  (1)严格检查坯料质量,耳子高度或清理沟痕不合格的坯料不投产;

  (2)经常检查轧槽表面质量,防止轧件表面产生凸包;

  (3)加强轧机的调整,正确安装导卫装置,防止轧件出耳子和棱子。

  裂纹:可分为纵向裂纹和横向裂纹。一般纵向裂纹在盘条表面呈线性开裂,沿轧制方向有平直或弯曲、折曲的细线。而横向裂纹则是不连续的。裂纹从横断面上看,有尖锐的根部,具有一定的深度且与表面垂直,其周边有严重的脱碳现象和非金属夹杂。

  产生原因:

  (1)坯料上得纵向或横向裂纹、结疤、皮下气泡或非金属夹杂物等缺陷未消除掉,轧制后暴露,形成纵向裂纹,硫、磷含量偏高的钢锭,在轧制变形较剧烈的情况下易造成纵向或横向裂纹;

  (2)加热不均匀,轧件各部分的延伸和宽展不一样;

  (3)高碳钢盘条坯料加热工艺不当(预热速度过快、加热温度过高)或轧件冷却速度过快产生过大的热应力而形成裂纹,后者还可能出现横向裂纹;

  (4)连铸坯上的针孔如不清理,经轧制被延伸、氧化、熔接造成成品的线状发纹;

  (5)轧后控制冷却工艺不当,形成的裂纹无脱碳现象伴生,纹缝中一般无氧化铁皮。

  防止消除裂纹的办法有:

  (1)严格检查坯料的质量,不合格坯料不投产;

  (2)加强坯料的加热操作,控制好加热速度、加热温度和均匀加热;

  (3)制定合理的轧制制度,保持轧件各部温度均匀;

  (4)控制好轧后控制冷却工艺。

  结疤:在盘条表面与盘条本体部分结合或完全不结合的金属片层称为结疤,常呈舌、块或鱼鳞状,且呈不规则分布。它的大小不一,深浅不等,下面常有夹杂物。产生原因:(1)以钢锭为原料时,漏查钢锭上留有的结疤;(2)在成品以前道次的轧件上凸包,在轧入本体而形成部分结合的结疤;(3)已脱离轧件的金属碎屑又轧入轧件表面上形成部分结合的金属片层;(4)在轧制过程中,成品孔前某道次因刮伤形成的表面飞翅轧后粘附在轧件表面上。防止和消除结疤的办法:(1)提高钢锭质量,加强钢锭质量检查,对有结疤的钢锭必须清楚合格后再投产;(2)避免轧槽掉肉,防止形成凸包;(3)及时更换磨损严重的导卫板和轧槽,避免轧件划伤。

  分层:在盘条基体内纵向分成两层或更多层的组织结构分离缺陷成为分层。分层平行于加工表面,纵横断面上均呈现为长裂缝,裂缝中有少量非金属夹杂和偏析,破坏了金属基体的完整性。原因:来自于钢锭。漏检的钢锭上部存在缩孔、内裂、气泡、大量非金属夹杂物及成分偏析等缺陷,轧制成钢坯又切头不净,轧制线材时又将其延伸、拉长,轧制时不能焊合造成盘条形成分层。防止:提高坯料质量,切头时切去足够的长度的头部。

  麻点:线材表面呈凸凹不平的粗糙面成为麻点,又称为麻面,多连续成片,也有局部的或周期性分布的。麻点是允许的缺陷,但是其深度不得超过公差的范围。原因:(1)成品孔或成品前孔轧槽严重磨损,或粘有破碎的氧化铁皮等物;(2)破碎的氧化铁皮被轧入轧件表面后又脱落;(3)轧辊质量差、表面硬度不一致或失去冷硬层,已经轧辊轧槽锈蚀;(4)坯料在加热时表面被严重氧化,后被轧入轧件表面,又脱落;(5)线材吐丝温度过高,冷却速度过慢,盘条表面受到严重氧化造成;(6)有时盘条轧成后长期贮存在潮湿及腐蚀气氛中,形成麻点。

  防止消除方法:

  (1)不使用严重锈蚀的轧辊,改善轧辊材质;

  (2)及时更换磨损的轧辊或轧槽;

  (3)经常检查和清除轧槽中的氧化铁皮;

  (4)控制坯料的加热制度及炉内气氛,保持正压并减少氧化性气氛;

  (5)在粗轧机前用加热高压水或铁刷子清除钢坯表面氧化铁皮。

  划痕:线材在轧制后、移送过程中通过有缺陷的设备、工具(如导卫板、导管、水箱、夹送辊、吐丝机散卷输送线、集卷器及打捆机等)时被刮出沟痕状的表面缺陷称作划痕。它的深度不等,可见沟底,常呈直线形,也有的呈曲线形,单条或多条,通长或局部地分布在线材的表面上。一般钢材允许有局部划痕,但其深度应符合有关标准。产生原因:(1)导卫板加工不良或磨损严重,边缘不圆滑;(2)导卫装置安装不当,对轧机压力过大;(3)线材运输线上某些设备有尖棱,线材通过时被划伤。防止划痕的办法:

  (1)常检查导卫板的磨损情况,发现问题及时更换,正确安装导卫板;

  (2)生产线上有关设备要保持光滑平洁;

  (3)发现划痕及时找出原因,并加以处理。

  凸包:线材表面呈周期性的金属凸起称为凸包。产品不允许有凸包缺陷。产生原因:成品孔有砂眼或被外物硌伤,辊面被轧件撞凹,轧槽损坏或严重磨损。

  防止消除方法:

  (1)换辊前严格检查更替轧辊的质量;

  (2)不轧“黑头钢”;

  (3)处理卡钢事故时,防止损坏轧槽表面;

  (4)生产中定时取长度大于成品辊周长的轧件进行检查,发现凸包及时更换轧辊或轧槽。

  压痕:轧材表面上被外物压成的局部凹坑成为压痕,呈周期性单个或多个断续分布。一般产品表面允许有深度不超过标准规定的压痕。

  产生原因:(1)周期性压痕是由于成品孔或定径辊、出口滚动导板、导辊等上粘有凸起物;(2)异物掉在轧件上,经轧后脱落;(3)线材在运送、保管过程中与硬物碰压,或线材本身相互硌压。

  防止办法:(1)定期检查轧件轧槽、滚动导板,发现问题及时处理;(2)轧制时防止异物掉在轧件上;(3)吊运盘卷要平稳,防止碰压。

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