30CrMnTi的磁性及其加工性能分析與探討

董露陽，劉楨輝，郭沖

（山西平陽重工機械有限責任公司，山西侯馬043003）

0 引 言

30CrMnTi 是一種高強度合金結構鋼，這種材料的綜合機械性能良好，用于大沖擊、高負荷的軸類零件。目前在我公司，這種材料廣泛應用于液壓支架的軸類零件的加工制造。30CrMnTi 在普通情況下是沒有磁性的，它既不屬于軟磁性材料，也不屬于硬磁性材料。但在液壓支架軸類零件的生產現場突然發現有一部分規格型號的30CrMnTi 材料具有很強的磁性，從下料分廠投入我分廠的原材料的端面吸附著大量的鐵屑，呈“刺猬”狀，有時可以拿一件銷軸把另一件銷軸吸起來，這些30CrMnTi 原材料為什么會有磁性？突發的磁性會給零件的后續加工帶來怎樣的影響？帶著諸多的疑問，我們對異常的具有磁性的材料進行分析和探究。

1 問題的發現

表1 原材料統計表

30CrMnTi 在液壓支架軸類零件的加工制造中應用非常廣泛，發現帶有磁性的材料后對現場的各個規格型號的原材料進行了統計，發現并非所有規格的材料都帶有磁性，從同一生產廠家購買的30CrMnTi 表現異常的只有3 種規格，涉及到20 種零件，具體情況見表1。

根據生產現場發現的問題，帶有磁性的30CrMnTi 異常材料的物理性能、機械性能是否發生變化，對機械加工性能是否影響，是否因此而影響到最終產品的使用性能，都是亟待解決的技術難題。

2 原因分析

2.1 30CrMnTi 的化學成分對材料被磁化的影響

根據這些異常的30CrMnTi 材料的原材料進廠復檢測報告，材料的主要化學成分C、Mn、Ti 符合國家標準要求，因此進廠復檢是合格的。

采用火花直讀光譜儀，在生產現場對帶有磁性的和不帶磁性的兩種30CrMnTi 材料的主要化學成分進行了重新檢測，檢測結果見表2。

表2 30CrMnTi 合金結構鋼化學成分質量分數檢測結果表%

各種化學成分C、Mn、Cr、Ti 未見明顯的異常，兩種樣品只有Si 的含量有差異，帶有磁性的材料比不帶磁性的材料含Si 要高，因此不排除30CrMnTi 中硅成分超標導致材料極易被磁化，而且成為永久性“磁鐵”。

2.2 外界因素對30CrMnTi 材料被磁化的影響

通過查閱關于磁性材料的相關資料了解到：磁性材料分軟磁性材料和硬磁性材料。軟磁性材料的特點是易被磁化，被磁化后，離開磁場，沒有剩磁，常見的有鐵氧體磁性材料和硅鋼片，主要用來做變壓器的磁芯；硬磁性材料的特點是已經被磁化，即使去除磁場后，仍有很大剩余磁感應強度，這就是常說的永久磁鐵。常見的材料有銣鐵硼、鐵氧體、釤鈷、鎳鈷，被廣泛地應用于儀表與微電機等設備中產生磁場。

無論是軟磁性材料還是硬磁性材料，在沒有受到外界因素（磁場或電流）的影響，對外是不顯磁性的。從物質結構上講，一般物質是由分子組成，分子是原子組成，原子是由原子核和電子組成，而電子在不停地自轉和繞原子核旋轉，電子的這兩種運動都會產生磁，但是由于它們方向各不相同，雜亂無章，使物質內部的磁效應相互抵消，因此正常狀態下，并不呈磁性，但是在外界磁場的作用下，鐵鈷鎳磁性材料內部本來各自運動的電子一個一個排列得整整齊齊，此時，電子旋轉運動產生的磁性效應與外界磁場方向一致，這些物質就呈現出磁性，也就是這種材料被磁化。而銅、鋁、鉛等非磁性材料，盡管外加再強的磁場，電子仍然雜亂無章的運動著，對外不顯磁性，這些物質不易被磁化。

帶有磁性的30CrMnTi 材料，有可能通過以下幾種途徑被磁化：1）運輸時使用強力磁力吸盤起吊運輸原材料，在強力磁場的作用下被磁化，使得去除磁場后仍有很強的磁感應強度。2）在下料過程中，鋸切時帶鋸條與材料不停地摩擦，產生摩擦熱，加速分子內部電子運動，使材料端面的電子沿摩擦力的方向規則運動，從而產生磁場，使得細小的鐵屑吸附在材料的兩端面，呈現出磁性。

2.3 被磁化后的30CrMnTi 材料在硬度性能上的差別

表3 兩種30CrMnTi 材料硬度檢測結果

對帶有磁性的3 種型號規格的材料的硬度進行檢測，檢測結果見表3。

由表3 中的檢測結果可知，易被磁化的30CrMnTi 材料硬度比正常的硬度（229HB）高，因此，對零件加工產生不利的影響。

2.4 被磁化后的30CrMnTi 材料對加工性能的影響

1）對車削加工性能的影響。正常供貨狀態下，材料的硬度不大于229HB，而容易被磁化的30CrMnTi 的硬度高達320HB，對切削加工產生非常不利的影響。特別在車削加工過程中，硬度超過300HB，已經超出了經濟切削的硬度范圍，由于材料內部硬質點的存在，正常狀態下，一把YT15 的硬質合金車刀可以加工100 件銷軸，帶磁性的原材料只能加工30 件，車削刀具的磨損加劇，刀具的耐用度降低，導致加工成本增加。

2）對鉆削加工性能的影響。容易被磁化的30CrMnTi材料，由于供貨硬度較高，不僅給零件的車削加工造成影響，同樣對鉆削加工也產生負面影響。在生產現場發現帶磁性的材料在鉆孔過程中，麻花鉆會產生刺耳的噪聲；操作者反映，與通常情況相比，麻花鉆的磨損加劇，為了保持鉆孔刀具的鋒利，就需要增加麻花鉆的刃磨次數，由于零件帶有磁性，切屑不易排出，切屑與麻花鉆在加工的孔中纏繞、擠壓，使麻花鉆極容易折斷。

3）對質量控制及尺寸測量性能的影響。被磁化的材料在加工過程，給零件的加工檢測帶來極大的不便，由于加工的材料帶有磁性，導致測量的卡尺和其他的測量器具也被磁化，在工件和量具上都吸附著大量細小鐵屑，給零件的測量帶來不利的影響，有時甚至會造成測量誤差，影響測量精度。

4）對加工過程清潔生產的影響。因為被磁化的材料在短時間還有剩余的磁感應強度無法退去，因此對清潔生產造成嚴重的影響，在零件的加工、搬運過程中吸附著大量鐵屑，既給操作者帶來安全隱患，容易扎傷手指；又給產品零件的無鐵屑流轉帶來很大困難。工件在流轉過程中，操作者和搬運工需要用振動法（即用兩個零件互相敲擊）去除原材料和半成品上的吸附物。

5）被磁化后的30CrMnTi 材料對機械性能的影響。對30CrMnTi 材料的機械性能在熱處理后進行試驗，被磁化的材料和正常狀態的材料經過熱處理后，其機械性能沒有區別，均能達到國家標準規定的要求。

3 防止材料被磁化以及退磁的措施

1）與圓鋼型材的供貨廠家聯系，深入分析為什么有的規格容易被磁化，有的型號規格同樣的運輸、加工方法不容易被磁化，從原材料的微量元素含量和冶煉中尋找原因。

2）在運輸和吊運過程中，避免使用強力磁力吸盤，防止材料放置在磁場中使原材料充磁。

3）若利用退磁器退磁，由于被磁化的零件批量大、數量多，利用磨床的退磁器，不能滿足實際需要，而且退磁效果也不理想。

4）可以通過熱處理進行退磁。當帶有磁性的材料溫度升高時，它們內部的分子熱運動越來越快。于是越來越多的電子不肯聽從“列隊”的“口令”，當溫度升高到某個數值，劇烈的分子運動越來越快，終于破壞了電子運動的規律性，被磁化材料的磁性也就消失了。

4 結 語

被磁化的30CrMnTi 材料給后續零件的加工制造產生了一定的影響，目前從工藝上采取一些措施，減小對加工性能的影響，同時也希望相關部門通過信息反饋渠道，與供貨廠商取得聯系，徹底解決30CrMnTi 帶磁性的問題。