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发表于 2014-7-17 07:51:54
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易切削钢是向钢中加入硫、铅、钙等元素以提高其切削性能的钢。根据统计数据，日本2009年度在特殊钢热轧材中的易切钢产量约为66万t，占该类钢材总量的4.2%。在JIS G 4804中已将S易切钢和S复合易切钢进行了标准化；并且，在日本汽车技术会规范JASO M103（汽车结构用钢钢材）中，对钢的成分又进行了追加或变更，对加S（S0-S2）、加Pb(L1-L2)、加Ca(U)进行了标准化。另外，即使是不锈钢，在JIS G 4303等标准中也将通过S、Pb的加入提高了切削性能的钢种进行了标准化。! w4 x! S S( O2 |7 P: ^
将易切钢中易切元素的种类和切削性改善机理及效果归纳如原创表1。切削性能的改善机理有：利用Pb、Bi等低熔点物质的熔融脆化作用；利用Ca系氧化物的工具表面保护作用；利用S化物的应力集中作用等。这些易切元素能改善钢的切削性能，但又往往会降低钢的力学性能和疲劳强度。- r1 L. J1 {' }1 y0 f
以下概要介绍代表性易切钢的切削性能改善机理、损坏实例及对策。
2 l8 m# r2 b; |+ L 1 S易切钢的损坏实例及对策
* Q- ^/ Q* q4 d0 N5 t 1.1 S易切钢的切削性改善机理
9 s3 C& w) c* ~& C5 x0 x7 _( \ S易切钢中的S和Mn结合而形成MnS，此夹杂物在切削加工高速变形时作为缺口而起作用，利用应力集中使切屑断开，从而改善了钢材的切削性能。
u& u5 ~3 P0 ^) ?% g 1.2 S易切钢的损坏机理
( E- ]7 D, M1 X1 s- v$ [ 1） 热锻裂纹4 n4 z2 \* f! f9 R/ k& a) N
S易切钢中的MnS因热轧和冷轧而变形，作为细的延伸夹杂物而存在。因此，较之基础钢，在热锻中与锻造塑性流动成直角方向的延性变低了，即在锻造时往往会沿着钢材流动方向产生裂纹。& Z1 O+ ^0 E, r9 z4 n* h
2） 冷锻裂纹% T4 ?) Z. {& d$ b% b2 q z
由于S易切钢上分布着沿轧制方向延伸的MnS，故垂直于轧制方向的延伸率、断面收缩率、冲击值的劣化大，呈现出明显的各向异性。因此，使材料在不同方向的延伸差异大，故冷锻时往往会产生裂纹。2 h$ Z8 G2 Y/ v% G2 _; @
原创图1是将机械结构用碳钢和S易切钢作为供试验材进行冷镦（锻造）试验的结果：伴随S含量的升高，在少的变形量下就会发生裂纹，表明钢的冷成形性随S含量的增加而下降。因此，在对钢实施冷加工时，有必要进行考虑了材料各向异性的加工方案的研究。
; m$ e+ l4 e4 n5 a) _ 1.3 对策
$ [8 Z- q3 Z5 N+ V S易切削钢的主要问题是存在各向异性，作为其改善对策如下：
' g' n$ `& J& R/ |5 o6 q% U 1） 合适S含量的选择
& r2 H0 s& j" A" J4 z' h S易切钢有将S含量加到0.05%S（S1）、0.10%S（S2）的程度，但S含量越高，各向异性就越显著，故应在考虑到和切削性改善效果平衡的基础上选择合适的S含量。0 \, ^" C# I! X$ g1 {+ M: I+ ^
2） MnS的形态控制+ J0 I, a4 Z5 O/ F
通过Ca、Zr等元素的加入、将MnS夹杂物球化而减轻S易切钢的各向异性及产生裂纹的可能性。
7 m8 }5 H. D$ k1 k [ 3） 使用各向异性少的易切削钢
e1 s; \ X7 {: m" | Pb易切削钢的各向异性比S易切削钢少，对它的使用进行了研究。然而，为了满足近年迫切减少环境负荷物质的要求，开发了无Pb易切削钢。在确保钢的切削性的同时，还考虑到了如何改善钢的各向异性以及冷加工性。
; b# _2 Y( {0 g% ` 4） 加强对热锻时加热和锻造温度的适当管理。
9 w4 f u# Z2 l0 J 5） 充分考虑了各向异性的加工方法，并制定冷锻加工中适当钢种的选择。, M% L8 s& `; C9 m" k' j% {
2 Pb易切削钢的损坏实例及对策
# }1 O# f' g- n1 i/ }8 O 2.1 Pb易切削钢的易切性改善机理
$ v9 X4 y3 `7 o/ }/ ^2 g3 i- T9 ~ 由于在Pb易切削钢中加入了0.04%-0.30%的Pb，而Pb的熔点低到327℃，故在切削时的加工热使钢中的Pb处于熔融状态，利用其脆化作用分断切削而提高了切削处理性；同时，在切削工具表面与切屑和工件之间具有润滑作用，从而抵制了工具磨损，改善了切削性能，提高了切削效率，降低了切削成本。
5 v' a! E1 G- ]. t1 `& w 2.2 Pb易切钢的损坏
+ l9 C; S A2 e- _/ p% ^ 由于Pb易切削钢中的Pb不随轧制方向延伸而以是以粒状存在，故如S易切削钢那样的各向异性和力学性能恶化都少。但是在轴和齿轮等类型的转动接触部件上，有时发现是其重要特性的转动疲劳强度的下降。
! @ N2 ?0 c9 U2 v a3 L# \! y; [$ O 原创图2表示在高面压条件下，Pb易切钢SCM420的转动疲劳试验结果：与不加Pb的基础钢比较，Pb易切削钢的转动疲劳寿命显著下降了。其原因是在高面压下的交变压缩应力使材料温度上升，钢中Pb粒产生熔融膨胀。由于Pb的线胀系数为钢的2倍以上，故Pb粒的膨胀撕裂了周边钢的基体，裂纹的扩展就必然会造成转动疲劳寿命的下降。
1 i, I# T1 W! z/ d1 Y 2.3 对策
: F4 E) z; u7 p% C 由于Pb易切削钢的转动疲劳寿命低主要受Pb含量的影响，故在考虑与切削性平衡的基础上研讨了合适的Pb含量，从而将易切削钢L2、L1的Pb含量分别调整为0.10%-0.30%和0.04%-0.09%。5 u& N' E6 ?) P7 V ]
3 易切削不锈钢的切削性实例及对策
% O3 e7 {# u7 U3 D 3.1 易切削不锈钢的切削性改善机理
f7 j$ m; c! m% I1 A 不锈钢可分类为A（奥氏体）系、F（铁素体）系、M（马氏体）系，较之碳素钢与低合金钢，不锈钢的切削性差。特别是A不锈钢材质软而发粘，导热系数低，切削时切屑难分断（缠绕不断），刀尖温度上升且易引起加工硬化，简直可以说切削性能极差。因此，有时采用改善了切削性能的易切削不锈钢。主要的易切削不锈钢有加入了易切削元素S的SUS303等。这类钢的硫化物作为应力集中源而起作用，可减低切削阻力，改善切屑处理性，使之易断开。7 N+ h% ?+ N' d0 S V, v+ L
3.2 易切削不锈钢损坏) E4 c' r# m% H+ O2 x, R
与机械结构用钢不同，不锈钢的损坏多缘于耐蚀性低。在前述的不锈钢上，为了改善切削性能而将硫化物分布到钢中，但这些硫化物却成了生锈，特别是点蚀的起点，其耐蚀性往往比（不加S的）基础钢要差些。9 }$ Z4 \2 S( C/ C. d, ]$ _
3.3 对策
1 i$ `$ t1 C2 B/ G8 x 为了提高加硫易切削不锈钢的耐蚀性，应采取以下对策：! S. N9 v6 Z5 ]! R- g8 \3 j
1） 向钢中加Cu0 U9 O# S1 v, x7 t+ y. d5 A$ Y
在A系硫易切削不锈钢中加入1%-4%的Cu，可以减少钢的加工硬化，并改善切削性和耐蚀性。
- T8 N: A. o7 P9 U( {. H) g. P5 u( Q1 f7 J 2） 向钢中加Mo I; W- N$ O0 G b( W
在硫系SUS303、430F、416等不锈钢中加入0.6%以下的Mo，可明显改善这些钢的耐蚀性。 |
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发表于 2014-7-15 16:19:18
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