易切削金屬材料

易切削鋼:根據(jù)含易切削元素的不同，可分為硫易切削鋼、鉛易切削鋼、鈣易切削鋼、鈦易切削鋼以及復(fù)合易切削鋼。根據(jù)其用途的不同，易切削鋼又分為自動(dòng)機(jī)用鋼、結(jié)構(gòu)用易切削鋼和特殊易切削鋼(耐熱鋼、不銹鋼、工具鋼等)。根據(jù)易切削性能的不同，又可分為一般易切削鋼，超易切削鋼等。

硫易切削鋼:硫易切削鋼占世界與我國易切削鋼總產(chǎn)量的比例分別為70%和90%。硫易切削鋼按硫含量不同，可分為低硫鋼、中硫鋼和高硫鋼：一般低硫鋼的S≤0.025%，有的甚至S<0.01%；中硫鋼的S=0.04～0.09%；高硫鋼的S=0.1～0.3%。其中，中硫鋼由于具有良好的切削性能和力學(xué)性能，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，而高硫鋼則是為滿足特殊切削性能需求的鋼材。

一般認(rèn)為，隨著硫含量的增高，鋼材的切削性能也越好，但對(duì)普通鋼而言，微量增硫就能起到改善可切削性的明顯效果；加入適當(dāng)?shù)牧?尤其在硫低于0.1%以下)，對(duì)改善鋼可切削性的效果都是非常顯著的。其作用主要表現(xiàn)在：不僅降低切削力與切削溫度，明顯提高刀具壽命，而且還降低工件的表面粗糙度，改善切屑處理性。鋼中硫主要以(Mn、Fe)S的形式存在鋼中，由于MnS夾雜物割斷了基體的連續(xù)性和應(yīng)力集中源作用而使車屑易斷，潤滑作用使刀具的磨損減小，從而改善了鋼材的切削性能。為了使鋼材具有更好的切削性能，應(yīng)使鋼中的MnS具有一定的長寬比(L/W)，而研究表明夾雜物成球狀和紡錘狀比線條狀更有利于切削，因此，希望鋼中的MnS成紡錘狀或近似球狀。然而MnS在熱軋過程中沿著軋制方向伸長，使硫易切削鋼的橫向力學(xué)性能明顯降低，加劇了鋼材的各向異性。通過向易切削鋼中加入碲、鈣、鋯、稀土和鈦等元素，使之與鋼中的硫生成硫化物，而這些夾雜物高溫塑性加工性能差，在壓延時(shí)的延展變得困難，強(qiáng)度的各向異性也受到抑制，從而達(dá)到改變硫化物形狀的目的。同時(shí)，應(yīng)保證鋼中具有一定錳硫比，以降低因鋼中硫含量過高而帶來的不利影響，以保證鋼材的力學(xué)性能。

鉛易切削鋼:鉛易切削鋼是在硫易切削鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。1932年人們受到可切削性非常優(yōu)越的鉛黃銅的啟發(fā)，開始生產(chǎn)含鉛易切削鋼。但是當(dāng)時(shí)由于冶煉和防止污染(PbO有劇毒)等技術(shù)問題未得到解決，直到1937年美國一家研究所與內(nèi)陸鋼公司發(fā)表了鉛易切削鋼專利后，日本、德國才相繼開始生產(chǎn)。我國從上世紀(jì)70年代就開始研制鉛易切削鋼，主要是在碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和不銹鋼中加入不同數(shù)量的鉛，其加鉛方法有單獨(dú)加鉛、復(fù)合加鉛硫和鉛-硫-碲。鉛易切削鋼中鉛的含量一般為0.15～0.35%，日本JASO規(guī)定調(diào)質(zhì)和滲碳鋼中鉛含量為0.04～0.09%。鉛以微小單質(zhì)金屬顆粒分布于鋼中并在鋼中不固熔，在切削加工過程中，刀具與加工件之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦，使鋼中的鉛顆粒呈熔融狀析出，從而起到潤滑作用來改善鋼的切削性能，使鋼的切屑細(xì)碎，降低刀具磨損，最終延長刀具壽命。與不含鉛的鋼相比，含鉛鋼的切削性能可提高20～50%，而機(jī)械性能與熱處理性能基本保持不變，對(duì)冷、熱加工性和焊接性也無影響。鉛易切削鋼已廣泛用作制造精密儀表零件、汽車零件、各類機(jī)械的重要零件。但是鉛易切削鋼的接觸疲勞低，故不宜用于承受疲勞應(yīng)力負(fù)荷大的齒輪、軸承等零部件。

因鉛比重大，鋼液在凝固過程中容易產(chǎn)生偏析，并且鉛有毒，

易切削金屬材料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生鉛蒸汽所造成的公害難以解決，因此需要采用特殊的加鉛工藝。國外冶煉鉛易切削鋼的加鉛工藝均列為專利而保密，我國天津特殊鋼廠在長期的生產(chǎn)實(shí)踐中，對(duì)加鉛工藝和控制鉛污染方面做了大量工作，并在總結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐的基礎(chǔ)上嘗試了四種加鉛的方法：1)鋼包加鉛法；2)電渣重熔加鉛法；3)鋼包底吹氬加鉛法；4)鋼包噴吹加鉛法。但基于加鉛質(zhì)量和環(huán)保的考慮，只有電渣重熔加鉛法和鋼包噴吹加鉛法應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。雖然在冶煉鉛易切削鋼取得了很大的進(jìn)展，但是從環(huán)保角度考慮，鉛易切削鋼使用范圍已受到限制并最終將會(huì)被淘汰。

鈣易切削鋼:從60年代起人們又從另一種途徑來研究提高鋼的可切削性，即加入某種特殊脫氧劑，控制生成所需要的氧化物夾雜。1964年聯(lián)邦德國首先提出用鈣脫氧鈣易切削鋼專利。三年后引入日本并正式投產(chǎn)。我國在80年代研制成功鈣易切削鋼，也被稱為脫氧調(diào)整型易切削鋼，是指用金屬鈣和鈣-硅合金脫氧劑，來代替金屬鋁進(jìn)行脫氧。一般鈣易切削鋼中只含0.001～0.006?。用鈣或鈣-硅脫氧后，通常鋼中的鈣、硅、鋁復(fù)合氧化，生成CaO"_blank" href="/item/復(fù)合氧化物/53565677" data-lemmaid="53565677">復(fù)合氧化物。當(dāng)切削溫度升高時(shí)，這些夾雜物便會(huì)在硬質(zhì)合金刀具切削刃面上軟化和堆積，形成積屑瘤，即所謂的Belag附著物，從而妨礙切屑與刀具的接觸，抑制了刀具的磨損。單獨(dú)加鈣只適于高速切削，為改善鋼材在中、低速切削時(shí)的切削性能，向鋼中加硫、鉛、碲等。所以一般單純鈣易切削鋼很少使用，鈣-硫和鈣-硫-鉛復(fù)合易切削鋼較為普遍。值得注意的是，含鈣易切削鋼對(duì)使用硬質(zhì)合金刀具高速切削時(shí)能顯著延長刀具壽命，但使用高速鋼刀具時(shí)效果不顯著，這是因?yàn)楦咚黉摰毒咔邢鲿r(shí)形成溫度不夠高，沒有達(dá)到鈣復(fù)合氧化物的熔點(diǎn)，不能形成覆蓋膜，故不能降低刀具的磨損。

向鋼中加硫的Ca-S復(fù)合易切削鋼，其強(qiáng)度、塑性、沖擊值、疲勞性能、

易切削金屬材料耐磨性能和調(diào)質(zhì)熱處理性能等，同基礎(chǔ)鋼相當(dāng)或略有下降。鈣易切削鋼多用于較重要的結(jié)構(gòu)件，如軸、齒輪和花鍵軸等。在實(shí)際大量生產(chǎn)中，常常硬質(zhì)合金和高速都使用。

鈦易切削鋼:鈦易切削鋼是在鈣易切削鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的另一種新型易切削鋼。1969年12月日本金屬材料技術(shù)研究所提出了第一項(xiàng)鈦易切削鋼專利。單獨(dú)加Ti的易切削鋼特別適合于200m/min以上的高速切削，為改善其在中、低速的切削性能，加入一定量的S，也可復(fù)合加入其他易切削元素來生產(chǎn)鈦復(fù)合易切削鋼。我國在80～90年代成功研制出鈦硫復(fù)合易切削鋼Y35TiS和Y45TiS，目前在世界上處于領(lǐng)先水平。同Ca-S易切削鋼一樣，Ti-S易切削鋼在進(jìn)行高速切削時(shí)，在刀具上形成一層Belag覆蓋膜，可延長刀具壽命3～9倍。鈦易切削鋼的淬透性、耐磨性、加工件的變形度，都優(yōu)于基礎(chǔ)鋼，而疲勞性能、各向異性和其他性能，相當(dāng)于或略低于基礎(chǔ)鋼。Ti-S易切削鋼橫向機(jī)械性能降低很小，故可做較重要的結(jié)構(gòu)件，如機(jī)床上的絲杠、光杠、軸、齒輪和緊固件等。

易切削金屬材料提高易切削性能主要是通過復(fù)合加入易切削元素(S、P、Pb、Se、Te、Bi、Zr、Re等)。一般通過對(duì)刀具壽命、加工表面光潔度、切屑處理性、刀具受力以及能耗等幾項(xiàng)綜合指標(biāo)來評(píng)價(jià)易切削切削金屬性能的優(yōu)越程度。