锻压温度对304不锈钢法兰磨损性能的影响

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

    在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;与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℃。