30CrMnTi的磁性及其加工性能分析与探讨

2014-07-08董露阳刘桢辉郭冲

机械工程师 2014年9期

董露阳，刘桢辉，郭冲

（山西平阳重工机械有限责任公司，山西侯马043003）

0 引言

30CrMnTi 是一种高强度合金结构钢，这种材料的综合机械性能良好，用于大冲击、高负荷的轴类零件。目前在我公司，这种材料广泛应用于液压支架的轴类零件的加工制造。30CrMnTi 在普通情况下是没有磁性的，它既不属于软磁性材料，也不属于硬磁性材料。但在液压支架轴类零件的生产现场突然发现有一部分规格型号的30CrMnTi 材料具有很强的磁性，从下料分厂投入我分厂的原材料的端面吸附着大量的铁屑，呈“刺猬”状，有时可以拿一件销轴把另一件销轴吸起来，这些30CrMnTi 原材料为什么会有磁性？突发的磁性会给零件的后续加工带来怎样的影响？带着诸多的疑问，我们对异常的具有磁性的材料进行分析和探究。

1 问题的发现

表1 原材料统计表

30CrMnTi 在液压支架轴类零件的加工制造中应用非常广泛，发现带有磁性的材料后对现场的各个规格型号的原材料进行了统计，发现并非所有规格的材料都带有磁性，从同一生产厂家购买的30CrMnTi 表现异常的只有3 种规格，涉及到20 种零件，具体情况见表1。

根据生产现场发现的问题，带有磁性的30CrMnTi 异常材料的物理性能、机械性能是否发生变化，对机械加工性能是否影响，是否因此而影响到最终产品的使用性能，都是亟待解决的技术难题。

2 原因分析

2.1 30CrMnTi 的化学成分对材料被磁化的影响

根据这些异常的30CrMnTi 材料的原材料进厂复检测报告，材料的主要化学成分C、Mn、Ti 符合国家标准要求，因此进厂复检是合格的。

采用火花直读光谱仪，在生产现场对带有磁性的和不带磁性的两种30CrMnTi 材料的主要化学成分进行了重新检测，检测结果见表2。

表2 30CrMnTi 合金结构钢化学成分质量分数检测结果表%

各种化学成分C、Mn、Cr、Ti 未见明显的异常，两种样品只有Si 的含量有差异，带有磁性的材料比不带磁性的材料含Si 要高，因此不排除30CrMnTi 中硅成分超标导致材料极易被磁化，而且成为永久性“磁铁”。

2.2 外界因素对30CrMnTi 材料被磁化的影响

通过查阅关于磁性材料的相关资料了解到：磁性材料分软磁性材料和硬磁性材料。软磁性材料的特点是易被磁化，被磁化后，离开磁场，没有剩磁，常见的有铁氧体磁性材料和硅钢片，主要用来做变压器的磁芯；硬磁性材料的特点是已经被磁化，即使去除磁场后，仍有很大剩余磁感应强度，这就是常说的永久磁铁。常见的材料有铷铁硼、铁氧体、钐钴、镍钴，被广泛地应用于仪表与微电机等设备中产生磁场。

无论是软磁性材料还是硬磁性材料，在没有受到外界因素（磁场或电流）的影响，对外是不显磁性的。从物质结构上讲，一般物质是由分子组成，分子是原子组成，原子是由原子核和电子组成，而电子在不停地自转和绕原子核旋转，电子的这两种运动都会产生磁，但是由于它们方向各不相同，杂乱无章，使物质内部的磁效应相互抵消，因此正常状态下，并不呈磁性，但是在外界磁场的作用下，铁钴镍磁性材料内部本来各自运动的电子一个一个排列得整整齐齐，此时，电子旋转运动产生的磁性效应与外界磁场方向一致，这些物质就呈现出磁性，也就是这种材料被磁化。而铜、铝、铅等非磁性材料，尽管外加再强的磁场，电子仍然杂乱无章的运动着，对外不显磁性，这些物质不易被磁化。

带有磁性的30CrMnTi 材料，有可能通过以下几种途径被磁化：1）运输时使用强力磁力吸盘起吊运输原材料，在强力磁场的作用下被磁化，使得去除磁场后仍有很强的磁感应强度。2）在下料过程中，锯切时带锯条与材料不停地摩擦，产生摩擦热，加速分子内部电子运动，使材料端面的电子沿摩擦力的方向规则运动，从而产生磁场，使得细小的铁屑吸附在材料的两端面，呈现出磁性。

2.3 被磁化后的30CrMnTi 材料在硬度性能上的差别

表3 两种30CrMnTi 材料硬度检测结果

对带有磁性的3 种型号规格的材料的硬度进行检测，检测结果见表3。

由表3 中的检测结果可知，易被磁化的30CrMnTi 材料硬度比正常的硬度（229HB）高，因此，对零件加工产生不利的影响。

2.4 被磁化后的30CrMnTi 材料对加工性能的影响

1）对车削加工性能的影响。正常供货状态下，材料的硬度不大于229HB，而容易被磁化的30CrMnTi 的硬度高达320HB，对切削加工产生非常不利的影响。特别在车削加工过程中，硬度超过300HB，已经超出了经济切削的硬度范围，由于材料内部硬质点的存在，正常状态下，一把YT15 的硬质合金车刀可以加工100 件销轴，带磁性的原材料只能加工30 件，车削刀具的磨损加剧，刀具的耐用度降低，导致加工成本增加。

2）对钻削加工性能的影响。容易被磁化的30CrMnTi材料，由于供货硬度较高，不仅给零件的车削加工造成影响，同样对钻削加工也产生负面影响。在生产现场发现带磁性的材料在钻孔过程中，麻花钻会产生刺耳的噪声；操作者反映，与通常情况相比，麻花钻的磨损加剧，为了保持钻孔刀具的锋利，就需要增加麻花钻的刃磨次数，由于零件带有磁性，切屑不易排出，切屑与麻花钻在加工的孔中缠绕、挤压，使麻花钻极容易折断。

3）对质量控制及尺寸测量性能的影响。被磁化的材料在加工过程，给零件的加工检测带来极大的不便，由于加工的材料带有磁性，导致测量的卡尺和其他的测量器具也被磁化，在工件和量具上都吸附着大量细小铁屑，给零件的测量带来不利的影响，有时甚至会造成测量误差，影响测量精度。

4）对加工过程清洁生产的影响。因为被磁化的材料在短时间还有剩余的磁感应强度无法退去，因此对清洁生产造成严重的影响，在零件的加工、搬运过程中吸附着大量铁屑，既给操作者带来安全隐患，容易扎伤手指；又给产品零件的无铁屑流转带来很大困难。工件在流转过程中，操作者和搬运工需要用振动法（即用两个零件互相敲击）去除原材料和半成品上的吸附物。

5）被磁化后的30CrMnTi 材料对机械性能的影响。对30CrMnTi 材料的机械性能在热处理后进行试验，被磁化的材料和正常状态的材料经过热处理后，其机械性能没有区别，均能达到国家标准规定的要求。