В сфере металлообработки понимание технологических свойств широко используемых листовых материалов крайне важно для достижения высококачественных результатов. За время работы в отрасли я убедился, что каждый материал обладает уникальными характеристиками, которые влияют на всё: формирование и переходим к сварка и отделка. В этой статье я рассмотрю эти свойства и расскажу, как они влияют на производственные процессы. Независимо от того, являетесь ли вы опытным специалистом или новичком в этой области, понимание особенностей этих материалов позволит вам принимать обоснованные решения и повысит общий успех ваших проектов.

Помимо формы и точности обрабатываемой детали, а также имеющегося в распоряжении предприятия конструкционного оборудования, обработка детали во многом зависит от используемого материала. Поэтому важно анализировать и понимать технологические свойства различных материалов, которые имеют большое значение для процесса обработки деталей из листового металла и разработки спецификаций производственных операций. 

Технологические свойства обычной углеродистой конструкционной стали

Как правило, листовые детали изготавливаются из обычной углеродистой конструкционной стали (например, Q195, Q215, Q235 и т.д.) и высококачественной углеродистой конструкционной стали (например, 08, 10F, 20 и т.д.), которые используются чаще всего. Ограничений по формовке практически нет, за исключением того, что увеличение толщины ограничено скоростью деформации, а нагрев — верхней границей температуры. 

При обработке более толстого листового материала, чтобы увеличить степень деформации листового материала, снизить сопротивление деформации листового материала, больше с горячей формовкой или частичным нагревом заготовки в процессе глубокой вытяжки и формовки, но следует избегать нагрева в определенных температурных зонах, таких как углеродистая сталь, нагретая до 200 ~ 400 ℃, из-за эффекта старения (включения в виде осадков на границе зерен, скользящие поверхности осадков) для снижения пластичности, сопротивление деформации увеличивается, этот температурный диапазон называется синей хрупкой зоной Этот температурный диапазон называется синей хрупкой зоной, когда производительность стали становится плохой, легко хрупкое разрушение, излом синий. А в диапазоне 800 ~ 950 ℃, и появится горячая хрупкая зона, так что пластичность снижается, поэтому в процессе операции глубокой вытяжки горячего состояния листа следует уделять особое внимание фактической деформации горячей температуры прессования не должно быть в синей хрупкой зоне и горячехрупкой зоне. При эксплуатации следует учитывать нагревательное оборудование и пресс между местом деформации температуры горячего прессования, а также осторожно использовать охлаждающее продувочное оборудование, чтобы избежать возникновения синеломкости и горячей хрупкости. 

Технологические свойства легированных сталей

Легированная сталь, обычно используемая при изготовлении деталей из листового металла, — это, как правило, 16Mn, 15MnV и другие низколегированные высокопрочные конструкционные стали, их технологические свойства следующие. 

●16Mn. Сталь марки 16Mn обычно поставляется в горячекатаном состоянии, не требующем термической обработки, особенно для проката толщиной менее 20 мм. Её механические свойства очень высоки, поэтому обычно сразу после проката применяется горячая штамповка. Для листов толщиной более 20 мм, для повышения предела текучести и ударной вязкости при низких температурах, сталь может использоваться после нормализации. 

Кроме того, его характеристики газовой резки аналогичны характеристикам обычной низкоуглеродистой конструкционной стали. Газовая режущая кромка толщиной 1 мм имеет тенденцию к закалке, но из-за очень узкой зоны закалки её можно устранить сваркой. Поэтому кромка газовой резки этой стали не требует механической обработки и может быть подвергнута прямой сварке. 

Производительность строгания в газовой среде углеродом аналогична производительности обычной низкоуглеродистой конструкционной стали. Несмотря на тенденцию к закалке в области кромки, обработанной в газовой среде, зона закалки очень узкая и может быть устранена сваркой. Поэтому кромка, обработанная в газовой среде, из этой стали не требует механической обработки и может быть подвергнута прямой сварке. В результате достигается практически такая же твёрдость зоны термического влияния, как и при сварке после механической обработки. 

По сравнению с Q 235 предел текучести стали 16Mn превышает 345 МПа, что выше, чем у Q 235, поэтому усилие холодной штамповки у стали Q 235 больше, чем у стали Q 235. Для горячекатаной стали большой толщины свойства холодной штамповки могут быть значительно улучшены нормализацией или отжигом. Однако, когда толщина листа достигает определённого значения (t ≥ 32), его необходимо подвергнуть холодной штамповке после термической обработки для снятия напряжений. 

При нагреве до температуры более 800 ℃ можно получить хорошие свойства горячей штамповки, но температура нагрева стали 16Mn не должна превышать 900 ℃, в противном случае легко возникает перегревная организация, снижающая ударную вязкость стали. 

Кроме того, механические свойства стали 16Mn после трехкратного нагрева пламенем и охлаждения водой существенно не изменились, при этом исходный базовый материал сохранил ту же стойкость к хрупкому повреждению, поэтому сталь может быть использована в качестве ортопедической конструкции, устойчивой к воздействию воды и огня, но динамическая нагрузка не подходит для ортопедической конструкции, устойчивой к воздействию воды и огня. 

●15MnV. Тонкие стальные листы 15MnV и 15MnTi, свойства при сдвиге и холоднокатаные свойства стали 16Mn, аналогичны свойствам стали при сдвиге и холоднокатаные свойства стали 16Mn, но толщина горячекатаного стального листа t ≥ 25 мм, в кромке сдвига легко скрыть из-за сдвига, вызванного холодной закалкой. Эти трещины могут быть получены до сталепрокатного завода. Поэтому необходимо провести контроль качества, а при обнаружении трещины их следует удалить после газовой резки или механической обработки. Кроме того, более толстые горячекатаные стальные листы 15MnV, которые легко изломаются при холоднокатаных прокатах, можно нормализовать при 930 ~ 1000 ℃ для улучшения их пластичности и вязкости, а также улучшить эксплуатационные характеристики холодной прокатки. 

Кроме того, этот тип стали обладает эксплуатационными характеристиками горячей штамповки и горячей ортопедии, температура нагрева горячей штамповки составляет 850 ~ 1100 ℃, многократное нагревание не оказывает существенного влияния на предел текучести; а также хорошие характеристики газовой резки и строгания угольной дугой, строгание угольной дугой не оказывает неблагоприятного воздействия на производительность сварных соединений. 

При тех же технологических показателях класса стали 15MnV также имеются в виду стали 15MnTi, 15MnVCu, 15MnVRE, 15MnNTiCu и т. д. 

●09Mn2Cu, 09Mn2. Этот тип стали обладает лучшими характеристиками холодной штамповки. 09Mn2Cu, 09Mn2, 09Mn2Si — толстые стальные листы, подвергающиеся холодной прокатке, горячей штамповке, газовой резке, строганию угольной дугой, газопламенной правке, а также Q235. 

●18MnMoNb. Чувствительность стали к надрезам высокая, а резка газовой горелкой имеет тенденцию к закалке. Чтобы предотвратить растрескивание при изгибе, стальную пластину следует резать газовой горелкой при температуре 580 ℃ в течение 1 часа, а затем отжигать для снятия напряжений. 

Технологические характеристики нержавеющей стали

Существует множество типов нержавеющей стали, которые по химическому составу можно разделить на две категории: хромистую сталь и хромоникелевую сталь. Хромистая сталь содержит большое количество хрома или небольшое количество никеля, титана и других элементов; хромоникелевая сталь содержит большое количество хрома и никеля или небольшое количество титана, молибдена и других элементов. Согласно различным металлографическим организациям, они делятся на несколько категорий, таких как аустенитная, ферритная и мартенситная. Из-за различного химического состава и металлографической организации механические свойства различных типов нержавеющей стали, химические свойства, физические свойства также имеют большую разницу, так что сложность процесса применения нержавеющей стали относительно возросла. 

Обычно используются два типа марок нержавеющей стали. 

Категория А: мартенситная хромистая сталь, такая как 1Cr 13, 2Crl 3, 3Crl 3, 4Crl 3 и т. д. 

Категория Б: относится к аустенитным хромоникелевым сталям, таким как 1Х18Н9Т, 1Х18Н9 и др. 

Вышеуказанные два типа нержавеющей стали имеют следующие технологические свойства. 

●Для получения хорошей пластичности материал следует размягчить, то есть подвергнуть термической обработке. Для нержавеющей стали класса А размягчающая термическая обработка – отжиг, для нержавеющей стали класса В – закалка. 

●В мягком состоянии механические свойства двух типов нержавеющей стали обладают хорошей обрабатываемостью, особенно с хорошей обрабатываемостью штамповкой, подходящей для деформации основного процесса штамповки, но характеристики материала нержавеющей стали по сравнению с обычной углеродистой сталью очень разные, даже если материал нержавеющей стали для глубокой вытяжки, вертикальная пластичность анизотропных свойств значения намного ниже, чем у обычной углеродистой стали, и в то же время из-за высокого предела текучести, холодная обработка давлением Упрочнение является серьезным, поэтому не только в процессе глубокой вытяжки легко образуются морщины, но и пластинчатый материал в вогнутом углу штампа изгиба и обратного изгиба, вызванного отскоком, часто в боковой стенке деталей, чтобы образовать углубление или прогиб. Поэтому для глубокой вытяжки нержавеющей стали необходимо иметь очень высокое усилие сжатия и требует тщательной регулировки пресс-формы. 

Из-за явления холодной закалки нержавеющей стали она очень прочная, глубокая вытяжка легко производит морщины, поэтому в реальном процессе эксплуатации, чтобы обеспечить плавную работу глубокой вытяжки, необходимо принять некоторые из следующих мер: как правило, при каждой глубокой вытяжке после промежуточного отжига нержавеющая сталь не похожа на мягкую сталь, может быть после 3 ~ 5 раз для промежуточного отжига, обычно после каждой глубокой вытяжки для промежуточного отжига; деформация больших деталей глубокой вытяжки, окончательная После глубокой вытяжки и формовки, должна сопровождаться устранением остаточного внутреннего напряжения термообработкой, в противном случае детали глубокой вытяжки будут давать трещины, для внутреннего напряжения спецификации термообработки является температура нагрева нержавеющей стали 250 ~ 400 ℃, температура нагрева нержавеющей стали 350 ~ 450 ℃, а затем в вышеуказанной температуре изоляция 1 ~ 3 часа; Использование метода горячего волочения позволяет добиться лучших технико-экономических результатов. Например, для нержавеющей стали 1Cr18Ni9, нагретой до 80 ~ 120 ℃, можно снизить технологическое упрочнение материала и остаточные внутренние напряжения, улучшить степень деформации при глубокой вытяжке и снизить коэффициент вытяжки. Однако аустенитная нержавеющая сталь, нагретая до более высокой температуры (300 ~ 700 ℃), не может дополнительно улучшить процесс штамповки. При глубокой вытяжке сложных деталей следует выбирать гидравлический пресс, обычный гидравлический пресс и другое оборудование, чтобы не допустить высокой скорости глубокой вытяжки (около 0,15 ~ 0,25 м/с) при деформации, можно получить лучшие результаты. 

● По сравнению с углеродистой сталью или цветными металлами, штамповка нержавеющей стали характеризуется высокой силой деформации и большим упругим отскоком. Поэтому для обеспечения точности размеров и формы штампуемых деталей иногда требуется дополнительная обрезка, коррекция и необходимая термическая обработка. 

●Предел текучести аустенитной нержавеющей стали сильно различается у разных сортов, поэтому в процессе резки, формовки обращайте внимание на производительность обрабатывающего оборудования. 

Технологические характеристики цветных металлов и сплавов

Для цветных металлов и сплавов в процессе формования при контакте с оборудованием к гладкости поверхности форм предъявляются повышенные требования. 

●Медь и медные сплавы. Наиболее часто используемые медь и медные сплавы – это чистая медь, латунь и бронза. Чистая медь и латунь марок H62 и H68 хорошо поддаются штамповке, но обладают более высокой степенью наклепа по сравнению с H62, чем H68. 

Бронза используется для изготовления коррозионностойких материалов, пружин и износостойких деталей, и её характеристики значительно различаются в зависимости от марки. Как правило, бронза хуже латуни поддаётся штамповке, но прочнее латуни при холодной закалке, требуя частого промежуточного отжига. 

Большинство латуни и бронзы в горячем состоянии (ниже 600 ~ 800 ℃) хорошо поддаются штамповке, но нагрев создает массу неудобств для производства, а медь и многие медные сплавы в состоянии 200 ~ 400 ℃ имеют значительное снижение пластичности по сравнению с комнатной температурой, поэтому штамповку в горячем состоянии обычно не используют. 

●Алюминиевые сплавы. Алюминиевые сплавы, обычно используемые в компонентах из листового металла, — это, в основном, твёрдый алюминий, нержавеющий алюминий и деформируемый алюминий. 

Коррозионностойкий алюминий в основном представляет собой сплав алюминия с марганцем или алюминия с магнием. Его термическая обработка очень слаба, прочность повышается только закалкой в холодном состоянии. Он обладает умеренной прочностью, отличной пластичностью и коррозионной стойкостью. Твёрдый алюминий и деформируемый алюминий представляют собой алюминиевые сплавы, которые можно упрочнить термической обработкой. Большая часть деформируемого алюминия представляет собой сплав алюминия с магнием и кремнием. В горячем состоянии он обладает высокой прочностью, слабым упрочнением при термической обработке и хорошей пластичностью в отожжённом состоянии, что делает его пригодным для штамповки и ковки. Твёрдый алюминий представляет собой сплав алюминия с медью и магнием, обладающий высокой прочностью и хорошим упрочнением при термической обработке. 

Нержавеющий алюминий можно отжечь для достижения максимальной пластичности, а твёрдый и деформируемый алюминий можно отжечь и закалить для достижения максимальной пластичности. В закаленном состоянии они обладают более высокой пластичностью и лучшими общими механическими свойствами для штамповки, что позволяет им лучше штамповаться, чем в отожжённом состоянии. 

Твёрдый и деформируемый алюминий относятся к термически обработанным алюминиевым сплавам, способным упрочнять их. Характерной особенностью является постепенное упрочнение после закалки с течением времени. Это явление называется «старением». Упрочнение при старении имеет определённый процесс развития, скорость которого варьируется от марки к марке. Поскольку эти алюминиевые сплавы обладают свойством старения, штамповку необходимо завершить до завершения процесса старения. Как правило, завод требует, чтобы процесс был завершён в течение 1,5 часов после закалки. 

Среди алюминиевых сплавов алюминиевые и магниевые (в основном нержавеющий алюминий) более прочны на наклёп, поэтому при использовании этих материалов для изготовления сложных деталей обычно применяют промежуточный отжиг 1–3 раза. После глубокой вытяжки и формовки проводят окончательный отжиг для снятия внутренних напряжений. 

Для повышения технологичности при производстве алюминиевых сплавов штамповка применяется также в тёплом состоянии. Горячая штамповка применяется преимущественно для холодноупрочнённых материалов. После нагревания (около 100–200 °C) материал сохраняет часть наклепа и повышает пластичность, что повышает степень штампуемости и размерную точность штампованных деталей. 

При горячей штамповке необходимо строго контролировать температуру нагрева. Слишком низкая температура нагрева приведёт к образованию трещин в штампованных деталях, слишком высокая — к резкому снижению прочности и появлению трещин. В процессе штамповки выпуклый штамп имеет тенденцию к перегреву, и при превышении определённой температуры происходит сильное размягчение штампуемого материала и разрушение вытянутой детали. Поддержание температуры выпуклого штампа ниже 50–75 °C может улучшить степень деформации при горячей глубокой вытяжке. При горячей штамповке необходимо использовать специальные термостойкие смазки. 

●Титан и титановые сплавы. Титан и титановые сплавы менее обрабатываемы, обладают более высокой прочностью, большими деформационными усилиями и сильным наклепыванием, и в основном используются для горячей штамповки, за исключением нескольких марок, которые можно штамповать в холодном состоянии для деталей с небольшой деформацией. Температура нагрева при горячей штамповке высокая (300–750 °C) и варьируется в зависимости от марки. Слишком высокая температура нагрева сделает материал хрупким и неподходящим для штамповки. Поскольку титан является очень химически активным элементом, температура, необходимая для химии кислорода, водорода и азота, невысока, а соединения, образующиеся с кислородом, водородом и азотом, являются основными факторами, вызывающими хрупкость, поэтому нагрев титана и его сплавов строго ограничен. При необходимости высокотемпературной обработки ее следует проводить в защитном газе или в полностью защищенной, герметичной упаковке для комплексного нагрева. При работе со штампованными деталями из титана и титановых сплавов следует выбирать минимально возможную скорость штамповки. 

Кроме того, титан можно резать механическими методами, такими как пиление, резка водой под высоким давлением, токарный станок, труборезные станки и т. д. Скорость резки должна быть медленной, никогда не используйте кислородно-ацетиленовое пламя и другие газовые резки с нагревом, а также не следует использовать резку дисковой пилой, чтобы избежать термического влияния зоны надреза из-за загрязнения газом, в то же время, надрез у заусенца слишком большой, но также увеличивает процесс обработки заусенца. 

Трубы из титана и титановых сплавов можно гнуть в холодном состоянии, но явление отскока очевидно, обычно при комнатной температуре в два-три раза больше, чем у нержавеющей стали, поэтому холодная гибка титановых труб должна иметь дело с величиной отскока, кроме того, радиус изгиба титановых труб при холодной гибке должен быть не менее 3,5 наружных диаметров трубы. Холодная гибка, чтобы предотвратить локальное появление эллиптичности или явление морщин, может быть заполнена сухим речным песком в трубе и утрамбована деревянным или медным молотком. Гибка в холодном состоянии, следует добавить оправку. При горячей гибке температура предварительного нагрева должна быть от 200 до 300 ℃. 

Для отбортовки под углом 90° следует использовать три комплекта форм 30°, 60°, 90°, опрессовываемых поэтапно, чтобы избежать трещин.