AISI304 （ OCr18Ni9 ）不锈钢球加工工艺的确立

钢球是重要的基础零件，尤其是精密工业钢球在国民经济发展中起着巨大作用。在一些特殊条件下，常常需要特殊材质的钢球，来完成不同环境下所要求达到的功能。其实一些特殊材质钢球已广泛应用于国民经济各个领域中，包括 9Cr18 、 3Cr13 不锈钢，铜、铝、钛合金钢以及玛瑙、玻璃、陶瓷球等。它们的推广应用，不仅推动了钢球生产业的发展，而且也促进了相关行业的技术发展和科技进步。下面笔者着重谈一下特殊材质 --OCr18Ni9 钢球的开发过程及成果。

一、对材料特殊的分析

OCr18Ni9 材质化学成份如下：

CSrMnNi9

≤ 0.06 ≤ 1.00 ≤ 2.00 8.00--11.00 17.00--19.00 ≤ 0.035 ≤ 0.030

1 、镍及镍合金的物理性能

呈银白色，抛光后能长期保持美丽的光泽，比重 8.9 ，晶格呈面心立方。

2 、化学性能

铬、镍两元素相配合组成镍不锈钢，是一种较好的不锈钢。在此种不锈钢中加入大量镍是为了得到单一的奥氏体组织，从而提高其耐蚀性和工艺性。在常温和 低温下有很强的塑性和韧性，不具磁性，有较好的抗晶间腐蚀性能。

（ 1 ）铬对不锈钢的耐蚀性能起主要作用

铬是决定不锈钢抗腐蚀性能的主要元素，因为钢中含铬就能使不锈钢在氧化介质中产生钝化现象，即在表面形成一层很薄的膜，在这层膜内富集了铬。钢中含铬量逾高，抗腐蚀性能就逾强。此外，铬对钢的机械性能和工艺性能都起到很好的强化作用。

（ 2 ）镍对不锈钢的影响

只有在它与铬配合时才能充分表现出来。镍是形成奥氏体的合金元素，当镍与铬配合使用时，即可使金相组织由单相的铁素体变为奥氏体和铁素体双相组织，经过热处理，可以提高强度，从而使具有更强的不锈钢耐蚀性和良好的形变性能。

2 、杂质对性能的影响

当含碳量介于 0.1%--0.3% 之间时，在退火后，碳将以石墨状态在晶格间界上析出，破坏了晶粒间的结合力，强烈地降低镍的强度和塑性，使加工变形产生困难。

另外碳与铬有很强的亲合力，能形成一系列碳化物。钢中的含碳量逾高，形成的碳化铬逾多，固溶体中含铬量就相对减少，钢的耐腐蚀性能就会降低。

硫是有害的杂质，硫与镍形成 Ni3S2 化合物， Ni3S2 与镍在 625 ℃形成低熔点共晶，分布在晶粒间界上，当热变形温度超过共晶熔点时，即沿晶粒间界开裂，产生所谓“热脆”现象。镍在常温时与硫生成的 Ni3s2 能引起冷脆。

二、 oCr8Ni9 钢球与轴承钢钢球加工工艺对比

前面分析了 oCr8Ni9 材质的有关性能，由于 Cr 、 Ni 元素具有抗耐磨性、抗氧化性能和较高的强度等特性，相对于轴承钢而方，在加工中显得既“硬”又“粘”，故增人了此种钢球加工的难度。经过我们反复试验加工，制订出了比较可行的工艺流程，对比如下：

轴承钢钢球：

原材料检查 - 高速冷镦 - 锉削 -- 光球 - 研磨 - 清洗 - 提光 - 酸洗 - 清洗 - 分选 - 目检 - 检查 - 包装

该工艺最可取也是最成功之处在于研磨工序，它包括了硬精、初研以及料研提光三道工序为一体，从而节省了机床多台配置、工装重复加工，缩短了物流时间，减轻了员工装卸车的劳动强度，大大提高了研磨效率，为使钢球达到成品技术要求提供了保障。

三、主要加工工序技术参数的确定

1 、钢球总留量

因考虑 oCr8Ni9 材料的特殊性，材料价格昂贵，我们压缩了钢球的总留量。

总留量： mm

轴承钢钢球 0.45 ± 0.05

oCr8Ni9 钢球 0.35 ± 0.05

我们精选了产自上海钢厂生产的 oCr8Ni9 钢材 , 其总留量的压缩可使材料利用率提高 9.2% 。

2 、高冷工艺参数及工装的确定

因为总留量压缩后，我厂自制了高速冷镦模，每付冷镦模可生产球坯 150 万粒以上。

设备名称：高速冷镦机 ZA32G-5

生产厂家：上海群英机床厂

主要技术参数： 600 次 / 分

班产量：每班按 8 小时，使用率 80% 计算：

600 次 / 分× 60 分× 8 小时× 80%=23.04 （万粒）

3 、光球加工及其参数

oCr8Ni9 钢球在本工序要去掉大部分磨量。如何使特殊性能材质钢球在磨削过程中不致因大的压力出现深划伤，又可保持良好的表面粗糙度，这确定是加工的一大难点。

硬度对比：

原材料硬度 HV251-262

经冷镦成形硬化后 HV350-370

经过我们反复试验验证，在光球一始时压力一定要小，先去掉环带后再逐渐加大压力至正常。这里特别指出的是，值车工责任心是非常重要的，他们不仅要观察机床各运转参数是否正常，而且要不断检查钢球磨削质量，来判断工装的使用情况，并时刻不离机床保持到钢球达到工艺尺寸为止。

设备名称：钢球光球机 3ML4980

生产厂家：新乡机床厂

加工工艺参数

规格（ mm ） 主盘转速（ r/mim ） 压力（ 10KN ）装车量（ Kg ） 卸车尺寸（μ m ）

3 — 8 90 10 140 +100

磨滑效率：平均磨削效率为 0.03mm/h 。

4 、研磨加工工艺参数的确定

研磨加工特殊材质钢球是全部钢加工的关键，如试验成功，就为精研打下良好的基础，反之，将困难重重。在这道工序的加工中，我们走过不少弯路，积累了大量数据，最终我们闯过了难关，确定了该工序加工工艺。

开始试验时，钢球在光球加工后有硬精工序，由于硬精工序产生的精大划痕，影响了成品钢球表面精糙度，在研磨加工中难以消除。超精研油剂加金风研磨的效果并不理想，改用油剂加氧化铬绿研磨效率低，表面粗糙度达不到要求，在这期间外商又出更为严格的质量要求并要求保证供货期。虽然面临许多困难，我们经过多次反复研究，制订了一种全新的大循环加工生产工艺，生产效率大幅度提高，产品质量也达到客户的要求。

研磨加工工艺参数：

规格（ mm ）主盘转速（ r/mim ）料盘转速（ r/mim ）压力（ 10KN ）装车量（ Kg ）卸车尺寸（μ m ）

3 — 8 60 1 转 3 分钟 2.5-3 80 +30

机床名称：钢球研磨机 3M4730

生产厂家：上海第二机床厂

研磨加工分两步，即两个循环水箱，第一个水箱配制德国产磨削液 120S ，配比为 80% ，余量水。钢球在装国尺寸 +100 至 +40 时，用第一个水箱磨削，在研磨过程中，均匀添加 320# 金刚砂，其效率为 10 μ m/ 班，效率较高，质量稳定。

当钢球尺为寸 +40 μ m 时，更换第二水箱，第二水箱配制为德国产 180 钢球精开液，配比为 50% 。此时在钢球表面均匀添加氧化铬绿进行研磨，在余下的时间里，钢球处于修正几何精度、提高表面粗糙度的状态中，并保持到钢球合格卸车。这时钢球几何精度可达到 G60 。

当然在研磨加工过程中，及时检测钢球表面质量是必不可少的，只有精心操作，认真检测，才能判断出磨盘是否需要修整、更换等关键问题了。

5 、提光工序及其加工参数

因为材质的特殊性，钢球在正常研磨过程中所出现的光亮度远远比不上轴承钢钢球。而文中前面提到镍这种元素具有银白色光泽，这就使得我们需要制订一种特殊的工艺，反这种光泽体现出来。我们公司自制提光设备，从而达到了这种要求，钢球经清洗处理后然后装入提光设备，并添加特殊辅助材料，提光 10 小时，钢球表面粗糙度以及外观均达到要求。

提光后的表面粗糙度（英国 talysurf6 轮廓仪）

规格 Ra(um)GB308-89

Ra(um) 客户技术要求 Ra(um) 实测平均值 Ry

3mm0.20 （ G200 ） ≤ 0.2 0.0760.83

1/8 ″ 0.1 （ G60 ） ≤ 0.1 0.070.8

从表中可以看出，提光后的钢球表面粗糙度均值已符合客户需要，实际水平达到 G40 。

6 、混料检查与目检告别

为防止生产过程中混入同种规格或相近规格的轴承钢钢球，经酸洗后挑检异球的混料检查是必不可少的。

为保证钢球的批直径变动量严格控制在精度要求范围内，我们采用了进口的光杠电动分选机。此种分选机效率高，选别误差小，从而确保了钢球的批直径变动量符合要求，排除了整批钢球中大小球混存的可能性。

因为钢球表面的银白色光泽与普通轴承钢钢球的黑亮光泽不同，故增大了目检检查的难度。这种特殊材质钢球外观最大的特点是“亮潭”，是加工过程中容易出现的质量问题，因此我们要求目检工序的操作者必须反复检查几次，在钢球的各个方面中反复滚动，检出类似这种不合格钢球，确保百分之百达到外观要求。

四、效益对比展望

经过我们全体员工的共同努力，最终确立了 oCr8Ni9 的不锈钢的加工工艺，对比轴承钢钢球，无论在材料利用率、生产周期、生产成本、销售额等方面都有显著的经济效益，对提升我厂的知名度、扩大国内外市场都产生了深远的影响。

随着企业的发展和产品质量的提高，我们将在此基础上，进一步优化特殊球的加工工芤，使之上一个新的台阶，并随着用户对产品质量的进一步要求和广泛应用，提高产品的精度等级也势在必行。为满足日益增人的订货要求，我们将努力提高工艺开发水平，全面深入地对工装、研磨剂、铺料等各方面做进一步试验探讨，不断使我公司的钢球制造工艺水平处于行业领先地位。

宁阳县上虞钢球厂