不銹鋼表面處理方法綜述

李云光

（沈陽瀚海凌舟不銹鋼有限公司，遼寧 沈陽 110000）

不銹鋼的定義：不銹鋼是一系列對空氣，水，鹽水，酸和其他腐蝕性環境中的化學品具有高度耐受性的鋼。在空氣中耐腐蝕的鋼被稱為不銹鋼。在化學成分方面，所有現有的高鉻不銹鋼。同時，材料的物理和機械性能對切削性能有很大影響，給加工帶來很多不便。不銹鋼是一種典型的耐火材料，在切割過程中具有以下特性：不銹鋼具有良好的擴散性，高塑性，加工時塑性變形大，晶格變形嚴重，強化因子強。在不銹鋼表面處理過程中切削產生的應力和塑性應變會使在體內不穩定的奧氏體轉變為馬氏體。此外，含有微量元素的不銹鋼化合物在切割熱的驅動下容易分解和分散，在切割過程中產生硬化層。這會在下一次切割時產生困難，增加工具磨損并降低工具耐久性。

1 國內外研究現狀

1.1 切削熱的研究

由于像不銹鋼這樣具有較強的機械性能以及較好的抗熱抗腐蝕性能的材料通過傳統方式難以進行高效、高質量的表面加工，文章提出了一種新型的不銹鋼表面加工處理技術。隨著新技術衍生出很多新型高性能、高強度材料，對于這些材料采用傳統的加工技術，已經難以滿足其生產要求，相反，由于工藝的落后，還會造成良品率的下降，而且加工效率較低等因素也使得其良好的性能難以體現在實際的生產加工中。為了找到一種有效、高效且成本較低的加工方法，業內專家共同努力，推出了強電弧加工這種手段。

1.2 刀屑摩擦的研究

尖端摩擦區，由摩擦熱和剪切變形支配。切削過程中，前刀面上存在切屑摩擦的兩個特征。由于熱測量的影響，下方的金屬塑性變形，剪切，剪切并粘合到前刀面上，但是切屑摩擦不再是一般的燃燒摩擦。不僅有摩擦和滑動摩擦區域，還有從滑動摩擦區域到過渡摩擦區域的組合摩擦區域。在該領域，許多實驗的進一步研究表明，尖端接觸長度摩擦是四種不同的摩擦，尖端區域摩擦模型由慢區，滑移區和粘結區決定。進一步推動了該理論的發展：提出了最新的尖端摩擦模型。忽略，這種現象是耦合：在耦合摩擦區域中是恒定的盡管存在厚度（盡管該厚度非常?。?，但是這種現象在尖端處產生了實驗證明的恒定厚度的摩擦層，稱為“材料過渡層”，定性分析表明它是一種“過渡材料”。

2 馬氏體相變的研究

不銹鋼加工過程中的應力，應變和熱量而經歷奧氏體的馬氏體轉變。由于奧氏體是碳在面心立方晶格）中的固溶體，而馬氏體是碳在體心立方晶格）中的過飽和固溶體。奧氏體在轉變為馬氏體時不需要原子，擴散僅是晶格的重組，屬于非擴散型。馬氏體相變通過類似于機械孿晶的剪切過程產生，并且在成核和生長之后，新的馬氏體相與母相奧氏體形成聚集體。通過實驗分析了應變速率對不銹鋼組織轉變的影響。當應變速率在該范圍內時，在材料內部發生位錯運動，發生馬氏體轉變，并且產生納米顆粒和超細顆粒。圖1 所示，不銹鋼防滑板加工制作的方式，在高應變速率下，觀察實驗結果，拉伸變形增加，馬氏體相變增加，彎曲半徑增大。隨著變形量的增加，減少量也增加。分別對奧氏體不銹鋼在高溫和低溫下進行了拉伸試驗。對比分析表明，不銹鋼樣品的拉伸應變引起的馬氏體相變遠高于低溫混沌。對不銹鋼進行拉伸試驗，并基于光學衍射儀分析不銹鋼合金元素對馬氏體轉變誘導的影響。不銹鋼拉伸試驗分別在室溫和高溫下進行。

圖1 不銹鋼防滑板加工制作的方式

3 目前存在的主要問題

作為一種新型的特種材料加工方法，需要具備一定的壓力條件，通過電極釋放的電弧來切削以及清潔材料的表面。該技術的問世有效推動了新型材料的迭代推進速度，對于材料加工行業的產業轉型升級有著深遠的影響。對于難以加工的高強度、高韌性材料，采用該技術加工具有較高的效率，具有極強的產業推廣價值與實用價值。填補了國內在材料加工領域的一項技術空白。同時采用強電弧加工技術，在環境保護方面也有著較小的壓力，不僅對于大氣環境污染較小且因其相對于傳統加工手段所產生的噪聲較小，對于參與施工的人員的健康傷害較小，對于加工場所的限制也較低，更有助于進一步降低尖端材料加工的成本。

3.1 關于切削熱的方面

螺旋齒運動的熱源理論是計算切削熱的最常用方法，這種方法簡化了單個非厚的狹窄截面的主剪切區域。剪切帶區域的厚度的觀點不匹配。體積傳遞熱源方法用于補償傾斜條帶缺乏熱源理論，但主剪切面被認為是由主剪切面分成兩個相等厚度的平行區域。實際上已通過實驗觀察到主剪切帶被分成兩個部分，這兩個部分與主剪切平面不等距。Oxley 的切削熱方程易于使用，但方程參數僅適用于具有半經驗特征的碳鋼。二維熱方程很少用于計算切割熱量，因為它很難解決。

3.2 表面粗糙度影響因素

諸如硬化層和裂紋等表面缺陷會不可避免的出現在強電弧加工處理后的工件表面。即使這些表面缺陷很細微，其對后續加工和工件的使用也有著較大的負面影響。由于當前的工業化生產中采用的機器設備日益精密化，對部件、零件的精密度要求也日益增高。采用不達標的部件會使得相關的零部件加速老化，甚至影響設備的性能與壽命。而在這其中，零件的老化或損壞均始于表面的劣化，不夠光潔、有缺陷的表面會使得所生產的工件由外而內的加速損壞，因此提高加工工件質量要從半精加工階段就開始著手。工件表面質量不是一個單維度的問題，可對其造成影響的因子眾多，共同作用，復雜性較高，分析難度較大。

3.3 關于刀-屑摩擦方面

在芯片摩擦分析模型中，芯片摩擦模型的長期使用僅由兩部分組成：復合摩擦區和滑動摩擦區?；趯η邢鬟^程中摩擦范圍的詳細了解，提出了一種現代肩部摩擦分析模型。優點在于，除了上述兩個摩擦間隔之外，聯接和滑動摩擦帶之間的過渡摩擦帶是切屑從聯接摩擦帶到滑動摩擦帶的連續且平滑的過渡。是。交貨。然而，這些模型忽略了耦合摩擦區中特定厚度的現象，但是這個厚度非常小。除了對這種現象的實驗觀察之外，還在芯片的“材料轉換層”中定義了粘結摩擦層的特定厚度并進行了定性分析。然而，該過渡層的作用尚未量化，并且尚未應用于尖端摩擦模型。

4 加工表面馬氏體相變

奧氏體是碳的固溶體具有面心立方結構。研究表明，在切削過程中，將不銹鋼轉變為馬氏體的過程中存在兩種類型的馬氏體。一種是體心立方馬氏體，另一種是高密度六方馬氏體。學術界對這兩種類型的馬氏體轉變有兩種共同的看法。一個是馬氏體是從奧氏體到馬氏體的中間過渡。當奧氏體分別轉變為馬氏體和馬氏體時，認為沒有中間相。由于在切割過程中不銹鋼從奧氏體到馬氏體的復雜轉變，學術界沒有最終成熟度理論。由于切削參數與不銹鋼的馬氏體相變有關，文章采用實驗方法分析和分析切削參數對不銹鋼馬氏體相變的影響，結合不銹鋼在核電中的應用。

4.1 相變的定量計算

利用X 射線衍射法對試樣進行物相分析時，針對非單一相試樣而言，i 相在（hkl）晶面上衍射峰的積分強度Iihkl可由下式計算：

式中：KN和Rihkl分別為衍射儀相關系數和材料衍射系數；Vi是i 相的體積分數；μN則為試樣材料的線吸收系數。

4.2 實驗結果及分析

關于奧氏體，α 馬氏體和ε 馬氏體的衍射標準數據分別如表所示，其中包括各自的衍射晶面（hkl）、衍射角2θ、晶面間距d 及對應的衍射峰值相對強度。

表1 奧氏體的衍射標準數據

5 結 語

在文章的研究基礎上，如何改進不銹鋼面處理方法不僅是當前的研究趨勢，也是未來研究的重點。因此，分析切割后不銹鋼的表面質量，表面硬度和精度是進一步研究的重要發展方向，必須非常小心地實現高精度和高效的加工。在文章中，研究了切削熱，切屑摩擦，切削力，殘余應力和馬氏體相變。文章主要研究理論模型和數值計算，以及所用的驗證方法。隨后的研究還可以將2D 擴展到3D，以在3D 條件下建立切削阻力，熱量和切屑摩擦力。預測模型和理論分析適用于切割不銹鋼。