易切削鋼的加工生產(chǎn)工藝易
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易切削鋼材出廠狀態(tài)、相關(guān)參數(shù)和注意事項
是在鋼中含有一定數(shù)量的硫、磷、鉛、鈣、硒、碲等一種或幾種元素易切削鋼加工,而具有良好的被切削加工性能的一類鋼種。易切削鋼適于制作用自動切削機(jī)床加工的大批量零件,在切削加工過程中,它同非易切削鋼相比,可以延長刀具壽命,減少切削抗力,提高加工表面光潔度,容易排除切屑。1920年左右,美國開始生產(chǎn)和使用硫易切削碳素結(jié)構(gòu)鋼,中國在1958年開始生產(chǎn)。1937年在美國制成鉛易切削鋼,中國于1964年著手研制。國際上約于1963年開始研究鈣易切削鋼,中國于1970年也進(jìn)行研制。70年代以來,在高合金鋼中添加硒、碲或鉍等元素以改善鋼的被切削性。
類別硫易切削鋼硫在鋼中同錳和鐵形成硫化猛夾雜物。這類紡錘形硫化物(圖1),能中斷基體金屬的連續(xù)性,切削時促使斷屑形成易于排除的小半徑短卷,減少刀具與斷屑間的接觸面積;并能起內(nèi)部潤滑作用,降低摩擦,使斷屑不致粘附在刀刃上形成刀瘤,從而降低切削力和切削熱,減少刀具磨損,提高加工表面光潔度和刀具壽命。通常鋼的被切削性隨含硫量的增多而改善(圖2),即在刀具同樣壽命的條件下易切削鋼價格,含硫量越高,切削速度越高。但含硫量過高,則會導(dǎo)致熱脆性,給鋼的熱加工造成困難,影響鋼的力學(xué)性能,特別是降低了鋼的橫向力學(xué)性能,如橫向的塑性和韌性以及疲勞性能。通常含硫量為0.08~0.30%,有時達(dá)0.40%;易切削工具鋼和不銹鋼中的含硫量均應(yīng)在0.06~0.10%之間。
磷和硫復(fù)合加入鋼中,通常含磷量為0.04~0.12%。磷固溶于鐵素體中會提高硬度和強(qiáng)度,降低韌性,使切屑易于折斷和排除易切削鋼牌號對照,從而獲得良好的加工表面光潔度。如含磷量過高,則會顯著降低塑性,增高硬度,反而影響鋼的被切削性。
鉛易切削鋼鉛在鋼中呈細(xì)小金屬顆粒形態(tài),均勻分布或附著于硫化物的周圍。鉛的熔點(diǎn)較低,切削時會有融熔鉛滲出,起潤滑作用,減少摩擦,提高鋼的被切削性,而對常溫力學(xué)性能影響甚小。鋼中含鉛量一般為0.10~0.35%。因為鉛的比重大,如含量過高,容易引起嚴(yán)重的偏析并形成大顆粒夾雜物,反而降低對切削的有利作用。鉛和硫復(fù)合加入低碳結(jié)構(gòu)鋼中,改善鋼材被切削性的效果更為顯著。
鈣易切削鋼鋼中鈣與鋁、硅結(jié)合形成低熔點(diǎn)的復(fù)合氧化物(主要是CaO、Al2O3、SiO2),高速切削時,熔化后粘附在刀具表面起潤滑和減摩作用,提高刀具的使用壽命。如果同時含硫、鉛等元素,它們的復(fù)合作用會使切削效果更好。
硒、碲、鉍易切削鋼碲、鉍含量約為0.03~0.10%,硒的含量可達(dá)0.15%。硒以硒化物如FeSe、MnSe等的形態(tài)存在于鋼中,其作用與硫相似,對于既要求高的被切削性,又要求較好的塑性的鋼,在鋼中加硒要比硫好。碲可以單獨(dú)加入,也可與鉛或硫同時加入鋼中,形成復(fù)合夾雜物,以降低切削抗力和切削熱,使切屑容易排除,顯著提高鋼的被切削性,得到良好的加工表面光潔度,不過加碲后會使鋼的塑性、韌性稍有降低。硒和碲一般多用于合金鋼。鉍在鋼中的作用與鉛相似,呈細(xì)小的金屬顆粒夾雜物,均勻分布或附著于硫化物的周圍。
其他元素對切削性能的影響碳鋼材的被切削性與鋼中含碳量有關(guān)。含量過低,組織中會出現(xiàn)大量鐵素體,鋼的硬度和強(qiáng)度很低,切屑易粘著于刀刃上形成刀瘤,加之切屑是撕裂斷落,而使被切削性下降,加工表面光潔度很差。含碳量過高,組織中珠光體量加多,硬度和強(qiáng)度提高,會使切削抗力增大,從而使被切削性變壞。易切削結(jié)構(gòu)鋼中含碳量以0.15~0.25%為宜。
錳鋼中錳與硫形成硫化錳夾雜物,使切屑容易斷裂,從而改善鋼的被切削性,還能消除或減弱因硫所引起的熱脆性。在易切削鋼中含錳量應(yīng)在0.60~1.60%之間,并應(yīng)保持適當(dāng)?shù)腻i和硫的比值。
硅和鋁硅和鋁都有害鋼的被切削性能。硅部分固溶于鐵素體中,增強(qiáng)鋼的硬度。而且硅在鋼中與氧結(jié)合形成硬度較高的氧化硅夾雜物,使刀具的磨損增加,使用壽命降低。因此易切削鋼中的硅含量宜低。鋁一般作為脫氧劑加入鋼中,大部分與氧結(jié)合生成細(xì)小脆硬的氧化鋁夾雜物,增加刀具的磨損。硅和鋁加入鋼中還會降低鋼的氧含量,使硫化物夾雜呈細(xì)長條狀分布,降低鋼的被切削性。
氧和氮氧在一般鋼中是有害的,因為它降低鋼的力學(xué)性能。但易切削鋼中含氧量增高,會使硫化物呈紡錘形分布,可改善鋼的被切削性。氮雖能提高鋼的強(qiáng)度,但又能增加脆性,切削時會形成短碎的斷屑。鋼中含微量氮(〈0.02%),對被切削性和加工表面質(zhì)量起有利作用,但含量過高,鋼的強(qiáng)化作用增大,則減少刀具的壽命。
生產(chǎn)工藝易切削鋼可在各種煉鋼爐中冶煉,但低碳的硫易切削鋼宜在轉(zhuǎn)爐熔煉,硫的合金化是在盛鋼桶或熔池中加入硫黃或硫化鐵進(jìn)行的,錳鐵以低硅和低碳者為宜。如無特殊要求,應(yīng)盡量降低硅含量,以利鋼的被切削性,并要適度脫氧,防止產(chǎn)生發(fā)裂。在冶煉過程中產(chǎn)生的硫、鉛等有害的氣體,必須用強(qiáng)力通風(fēng)裝置排除,并應(yīng)有防治污染環(huán)境等設(shè)施。易切削鋼中含硫量較高,會有熱脆傾向,不利熱加工,應(yīng)予注意。冷塑性加工時力求外形尺寸精確,表面質(zhì)量良好,以利于在自動機(jī)床上切削加工。
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