鐵素體不銹鋼就是平常所說(shuō)的鉻不銹鋼(包含在400系中),碳含量較低(C<0.1%),盡管部分鐵素體不銹鋼含有少量的添加合金鉬和穩(wěn)定元素鈦,但與碳鋼相比較,鐵素體不銹鋼具有與碳鋼不同的力學(xué)性能,它們的冷成型方法與碳鋼有所不同。鐵素體不銹鋼冷成型加工和奧氏體不銹鋼是一樣的,但是變形的情況有差異。與碳鋼比較,鐵素體不銹鋼的屈服強(qiáng)度比較高,這就意味著同樣的、一定量的變形需要更大的變形力,較高的抗拉極限強(qiáng)度意味著在材料破裂之前需要高的負(fù)載,低的延伸率意味著斷裂之前只允許有較低的塑性變形。盡管其成型需要較高的起始變形應(yīng)力,但在變形進(jìn)行過(guò)程中不需要負(fù)載/應(yīng)力的增加,因?yàn)殍F素體不銹鋼的加工硬化程度遠(yuǎn)達(dá)不到奧氏體不銹鋼的相等程度。鐵素體不銹鋼具有較低的缺口塑性,這就意味著施加負(fù)載時(shí)的速度應(yīng)該低于低合金或者普通碳鋼。在振動(dòng)負(fù)載和低溫情況下變形,鐵素體不銹鋼有開(kāi)裂的傾向。
在冷加工過(guò)程中,10Cr17(430)鋼的屈服強(qiáng)度快速向抗拉極限強(qiáng)度靠攏,見(jiàn)圖4-4。因?yàn)樗苄宰冃危ɡ涑尚停┑陌l(fā)生,必須超過(guò)屈服點(diǎn)。屈服應(yīng)力和極限抗拉應(yīng)力的會(huì)聚和接近,容易引起開(kāi)裂,典型的鐵素體不銹鋼就是這樣。隨著冷加工程度的提高,塑性快速下降,所以鐵素體不銹鋼成型必須使用完全退火的板材,即使如此,在成型加工過(guò)程中,有時(shí)也需要中間退火。
鐵素體不銹鋼在旋壓或者輥式彎曲成型時(shí),冷加工程度的不斷增加,塑性會(huì)逐漸下降,與普碳鋼相比,更加需要中間退火。雖然如此,像06Cr11Ti(409)和10Cr17(430)鋼還是經(jīng)常被用在如落料、折彎、深沖或旋壓等成型加工中。
圖4-4和圖4-5表明,鐵素體型不銹鋼10Cr17(430)的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度之間的區(qū)域范圍,隨著冷加工變形量的增加,抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度之間的區(qū)域范圍明顯變窄。這是鐵素體型不銹鋼的典型性質(zhì),它使其成型加工受到限制(與奧氏體合金相比較)。盡管10Cr17(430)型鋼的成型性比300型鋼為差,但仍可對(duì)其進(jìn)行沖切、彎曲、沖壓或旋壓等成型加工。10Cr17(430)型不銹鋼最重要的用途之一是用作汽車裝飾件和嵌條。
對(duì)于鐵素體不銹鋼來(lái)說(shuō),其沖壓成型性能與延伸率一般是隨著鉻含量的增加而降低的。為了解決這一問(wèn)題,當(dāng)沖壓成型鉻含量高的毛坯時(shí),沖壓成型前可對(duì)其適當(dāng)進(jìn)行加熱,以提高其沖壓成型性能和延伸率。在加熱的情況下,金屬的延伸率會(huì)大大提高,而且所需成型力大大下降。對(duì)那些不能冷成型加工的鋼種,采用加熱成型的方法就可順利進(jìn)行了。
鐵素體不銹鋼采用121~204℃的熱成型,比其冷成型性能大為改善,尤其是高鉻鐵素體不銹鋼。
鐵素體不銹鋼的凸緣成型性能與n值(加工硬化指數(shù))有關(guān),深沖加工性能與r值(塑性應(yīng)變化)有關(guān)。其中r值由不同的生產(chǎn)工藝下的不同的組織集合來(lái)決定。采取一些措施來(lái)顯著減少固溶碳和固溶氮,可大大改善r值,并使深沖性能得到大幅度的提高。鐵素體不銹鋼成型方式的適應(yīng)性,見(jiàn)表4-2。
大部分鐵素體不銹鋼在加工硬化方面的行為與普通碳鋼相類似。由于鐵素體不銹鋼具有較高的起始屈服強(qiáng),它們?cè)谄鹗汲尚图庸r(shí)就需要較大的變形力。
在深沖成型過(guò)程中,鉻-鎳不銹鋼(奧氏體)的最佳沖壓變形率為40%~60%,而純鉻鐵素體不銹鋼的最佳變形率剛為20%~30%.影響變形率大小的主要因素是模具圓角半徑,其次則與沖頭端部半徑大小有關(guān)。如果模具圓角半徑減小,則沖壓性能變壞。典型沖頭和沖模的圓角半徑一般不小于金屬厚度的5~10倍。
馬氏體型不銹鋼就是常說(shuō)的普通Cr不銹鋼,一般具有相對(duì)較高的碳含量(0.15%~1.2%),它們也屬于400系列不銹鋼。在全退火狀態(tài)下,12Cr12(403)和12Cr13(410)鋼的成型特性,非常類似于某些鐵素體不銹鋼。
含碳量較高的馬氏體不銹鋼,如30Cr13(420)、17Cr16Ni2(431)和108Cr17(440C)就不推薦用冷成型方式來(lái)加工。