<object id="r5kpr"></object>
  • <code id="r5kpr"></code>
      <object id="r5kpr"></object>
    1. <object id="r5kpr"></object>

          <code id="r5kpr"></code>

          公司動態

          圓珠筆頭用環保超易切削不銹鋼的組織與性能

          通過復合添加易切削元素S、BiTe,開發了一種圓珠筆頭用新型無鉛環保超易切削不銹鋼,并對材料的組織和性能與同類進口材料進行了對比分析。結果表明,新研發鋼中易切削相有MnS、Bi、MnTe及其所形成的復合夾雜物,夾雜物的種類、分布及力學性能與同類進口材料相似。經實際測試,該鋼具有良好的切削加工性和書寫使用性能,可以替代同類進口材料。

          圓珠筆是一種采用圓形球珠在球座體內滾動帶出書寫介質形成字跡的書寫工具,筆頭是決定書寫性能的核心部件。常見的圓珠筆頭由球珠和球座體組成,球座體內部根據結構和功能差異分為三個部分,即球座、中孔、小孔和油槽,其結構復雜、精度要求高,還需要經過全自動筆頭機進行鉆孔、車圓、沖槽等十幾道工序加工制作,因此,對所用材料的耐磨性、耐蝕性、可加工性以及綜合性能一致性和穩定性要求極高。

          我國對易切削不銹鋼的研究逐漸受到重視,研究集中在易切削機理和鋼種開發方面,所開發材料在機械、儀表等領域得到成功應用。但這些材料的機械物理性能、切削性能和材質穩定性方面不適合于圓珠筆頭制造,因此長期以來,我國制筆行業高檔圓珠筆球座體材料全部依賴于進口,主要是日本的SF20TASK-3200超易切削不銹鋼線材。SF20T使用最為廣泛,該材料是在20Cr-2Mo成分的基礎上復合添加了S、Pb和碲(Te)元素的鐵素體型不銹鋼,近年在SF20T的基礎上,日本又進一步研發了無鉛環保材料。經過國內相關鋼鐵企業的努力,近年雖有成功開發S-Pb復合添加超易切削不銹鋼線材,Pb的毒性易對人體和環境造成嚴重危害。由此看來,開發新型圓珠筆頭用無鉛環保超易切削不銹鋼材料來替代進口產品,對于我國制筆行業的發展具有重要意義。

          本研究通過向鐵素體不銹鋼中復合添加S、鉍(Bi)Te元素,制備了具有優異切削性能的不銹鋼材料,并從材料的化學成分、易切削夾雜物、硬度、切削性能及筆頭書寫性能等方面與同類進口材料進行對比研究,以期為無鉛環保超易切削不銹鋼材料的研發和優化提供技術參考。

          1試驗材料與方法

          本研究用鋼為自制新型超易切削不銹鋼(委托江蘇省啟東市榮盛銅業有限公司生產)與同類日本進口材料,其化學成分列于表1,可以看出,這兩種鋼均實現了無鉛化,滿足環保要求。試驗鋼A的冶煉在真空感應爐中進行,隨后在氬氣保護下澆鑄成方錠,將方錠扒皮后軋制成方坯,然后經過多道次熱連軋制成圓鋼,并將其熱軋成6.5 mm盤條,最后經多道次冷拔、剝皮、退火等工序制成2.3mm的線材。在相同切削工藝條件下,利用瑞士MIKRON全自動筆頭機將兩種材料加工成圓珠筆筆頭(結構示意圖見圖1),用于后續試驗分析。

          沿2.3mm成品線材縱向切取樣品,經過鑲嵌、打磨和拋光后制成金相樣品,利用Olympus BM51光學顯微鏡(OM)、賽默飛Apreo S HiVac型掃描電鏡(SEM)及其配備的牛津Ultim Max100能譜儀(EDS)對鋼樣中夾雜物的形態、分布及成分進行表征;使用耐博THV-1MD型顯微硬度儀測量樣品中心部位的硬度,載荷為0.3kgf,加載時間為10s。筆頭球座體加工過程中,利用光學顯微鏡觀察鋼樣的車削表面及切屑的形態,以表征鋼的切削性能。使用HB16-3015型臥式投影儀和頂珠力測試儀進行筆頭露珠面、球珠竄動量和球珠頂出力等參數的測試。參照標準QB/T2625-2011,采用ZTHY-05型書寫劃圓儀測試筆芯的百米出墨量。采用KLD-200書寫潤滑度測試儀測試筆頭摩擦系數,采用HB16-3015臥式投影儀檢測筆芯百米書寫球珠磨損量。

          2試驗結果

          2.1鋼中夾雜物種類與分布

          兩種試驗鋼縱截面夾雜物分布的OMSEM照片分別如圖2和圖3所示,鋼樣A中不同夾雜物的EDS能譜分析見圖4(進口鋼BEDS分析結果與鋼A類似,文中不再重復描述)。由圖2可見,鋼樣AB縱截面上夾雜物沿著變形方向以斷續的橢球形或點狀呈串鏈式分布,結合圖4(a)可知,深色夾雜為S、Mn元素的富集區域,表明該夾雜物為MnS相。對比圖2(a)和圖2(b)后發現,鋼樣AMnS夾雜的平均寬度略小于鋼樣B,串鏈長度也稍短一些。隨機各取15張金相照片,利用圖像分析軟件Image-ProPlus 6.0對兩種鋼中夾雜物占比進行統計分析,結果顯示,鋼樣ABMnS夾雜物面積比依次為3.4%3.8%,鋼樣AMnS易切削相稍少一些,但兩類鋼中總體分布和數量較接近。

          從圖3可以清楚地觀察到,兩試樣中均存在顏色較深且呈橢球形、串鏈狀分布的MnS,另外,組織中還有許多白色夾雜物,有的呈零散點狀單獨分布于基體中,有的則分布于MnS相的邊緣,并且在MnS的邊角處被拉長為細條狀。結合圖4(a)可知,MnS附近的白色長條狀夾雜物中含有Bi元素。另外,EDS能譜分析還在少量MnS相與白色相交界處檢測出了Te元素的存在。圖4(b)和圖4(c)為鋼樣A基體中彌散分布的白色夾雜物的EDS面掃描分析結果,可以看出,4(b)中白色夾雜為MnTe,4(c)中左側淺色相為BiMnTe的復合夾雜物,右側深色相為MnS夾雜。由于Bi元素的化學性質穩定,故組織中的白色夾雜物可能是單質Bi、MnTe或者其復合夾雜物。

          2.2顯微硬度

          2列出了試驗材料AB5個隨機測量點的顯微硬度HVo.3及其平均值。從表2可以看出,鋼樣AB的硬度分布比較均勻,顯微硬度平均值幾乎一致,可見這兩種鋼的硬度性能指標接近。

          2.3切削表面與切削屑分析

          筆頭球座體的后外圓需要用筆頭加工機床車削加工,車削過的鋼樣AB表面的OM照片如圖5所示。從圖5可以觀察到,兩試樣的切削表面都十分光滑,刀痕均勻,紋理清晰,均沒有明顯的切削瘤。

          筆頭需連續經過十余道加工工序,各工序加工方式不同,車削屑有所不同,大多數車削屑為短碎屑,從中分別取出鋼樣AB車削后的長屑進行對比觀察分析,如圖6所示,兩種車削屑形態均為理想的短螺旋型,長度多在5~10mm之間,此類車削屑流出較為順暢,不易纏繞工件。另外,在清洗處理過程中還發現,這兩種車削屑輕捻時都容易碎裂。

          3分析

          3.1易切削元素及易切削相

          易切削不銹鋼是通過在鋼中加入易切削元素(S、P、Pb、Ca、Se、Te等)和抗腐蝕元素,所制成的具有優良切削性能的合金不銹鋼[。經過長期發展,易切削不銹鋼按元素大致分為S系、Pb系、Ca-Ti系、Se-Te系、Bi系等不同類別。為達到進一步提高切削性能和滿足其他綜合機械性能的目的,可將易切削元素以多元復合方式加入鋼中,常有S-P、S-Pb、S-TeSe)、S-P-Pb-Te、Ca-S等復合添加方案,其中以S-Pb、S-P-Pb-Te復合易切削鋼的切削性能最佳,被稱為“超易切削鋼”。

          S在鋼中與Mn形成MnS夾雜,MnS相較軟且容易變形和斷裂。MnS夾雜割裂了鋼基體的連續性,切削過程產生應力集中易導致材料開裂。在一定的切削熱與力的作用下,其能在刀具、切屑及加工表面之間起到潤滑作用;此外,MnS還能包裹有害硬質顆粒,減少對刀具的磨損,對改善鋼切削性能十分有利[]。硫化物分布均勻、寬度大于4#m、長寬比較小且呈紡錘狀或橢圓形對改善鋼的可切削性最有利。硫系易切削不銹鋼是最早發展起來的,由于生產工藝簡單且廉價,其產量位居世界易切削鋼之首。還有研究表明,鋼液中合適的氧含量對MnS的形態和大小會產生顯著影響,所以煉鋼廠需要進行有效控氧才能獲得較為理想的MnS相。TeS屬于同一主族,在鋼中溶解度非常小,可以形成MnTe單獨分布在基體或與MnS形成復相球狀夾雜物[]。Te的存在狀態與鋼中硫含量有關:當wTe/wS)小于0.07時,鋼中的Te只存在于MnS中;wTe/wS)略大于0.07時,有少量的MnTe會分布在MnS夾雜物邊緣;隨著wTe/wS)繼續增大,MnTe量相應增高。鋼種ABwTe/zewS)均在0.10~0.12之間,所以有單獨的MnTe存在于基體。Te為表面活性極高的元素,能夠有效降低變形過程中切變阻力,同時也能對硫化物進行改性。此外,部分稀化物存在于MnS邊緣,形成軟的包裹層,可以減輕拉拔加工過程中MnS的壓延變形,盡量減小MnS夾雜的長寬比,有利于提高鋼種的切削性能。

          Pb雖然化學性質穩定、熔點低,在切削過程中因切削熱和應力作用,能夠熔融析出在接觸面上起到潤滑作用,非常有利于鋼切削性能的提高,但是Pb在冶煉生產中會對人體和周圍環境造成嚴重危害,終將被淘汰。BiPb的物化屬性相近,在鋼中起到的作用相似。另外,Bi元素比重小于Pb,不固溶于鋼,以顆粒分布于鋼中或者附存于S/Te化物周圍。日本神戶公司研究發現,鋼中添加Pb含量一半的Bi,可以達到相同的切削性能。更重要的是,Bi元素無毒,這使得其取代Pb成為生產環保型超易切削不銹鋼的重要元素。相比于筆頭常用的不銹鋼材料,新型材料AB均采用了以BiPb的方案,實現了無鉛環保。

          3.2機械性能

          如圖1所示,筆頭球座體碗口內放置高硬度的碳化鎢球珠,書寫過程中球珠與球座體在墨水腐蝕環境中不停相互滑動摩擦,易出現腐蝕和磨損,這要求材料具有良好的耐蝕耐磨性。此外,球座體碗口直徑僅為0.5250.005mm,小孔直徑更是只有0.3mm,而筆頭加工需要在高速(8000~20000r/min)全自動筆頭機上進行,加工過程工序多、切削速度快,且對加工尺寸和裝配精度的要求很高,內孔加工公差需在2um以內,所以除了良好的耐蝕耐磨性外,筆頭材料還應在超易切削的同時,保持機械性能均勻穩定,材料內部無裂紋、縮孔、疏松等缺陷。

          硬度是影響材料切削加工、使用性能及刀具壽命的重要因素。材料太軟,耐磨性會比較差,切屑易與刀具粘結產生積屑瘤,切削性能變差;若材料硬度過高,車削難度加大,表面質量差,刀具壽命短。實驗結果分析得出,鋼種AB均具有適中的顯微硬度、良好的切削表面質量以及短小易碎的切削屑。

          4結論

          1)采用復合添加S、BiTe元素生產了超易切削不銹鋼,鋼中的易切削相主要為MnS,縱向呈串鏈分布,平均面積比為3.4%;與進口材料相比,MnS夾雜的大小、形態和分布相近,所占面積比略低。另外還有易切削相Bi、MnTe及其復合夾雜物附存于MnS的邊角處,或者以小顆粒單獨分布在基體中。

          2)自制超易切削不銹鋼顯微硬度分布均勻,與進口材料基本相同;基體中大量的易切削相,為良好的切削性能和穩定的機械性能提供了保證。此外,該鋼還具有良好的切削加工性和書寫使用,可以替代同類進口產品。

          欄目導航

          新聞資訊

          聯系我們

          電話:13777784799

          傳 真:

          手 機:13777784799

          郵 箱:848360399@qq.com

          地 址:江省龍泉市塔石金崗工業園區金崗大道3號

          QQ在線咨詢
          詢價咨詢
          13777784799
          詢價手機
          13777784799
          亚洲日本中文字幕天天更新,av无码中文字幕不卡一区二区三区,日本高清视频在线www色,色欧美片视频在线观看