易切削鋼(free cutting steel) 簡介

蕭蕭天竹

易切削鋼(free   cutting   steel)
1 ^# ^9 t9 A* A+ i, x+ y4 }在鋼中加入一定數(shù)量的一種或一種以上的硫、磷、鉛、鈣、硒、碲等易切削元素，以改善其切削性的合金鋼。又稱自動機床加工用鋼，簡稱自動鋼。這類鋼可以用較高的切削速度和較大的切削深度進行切削加工。由于鋼中加入的易切削元素，使鋼的切削抗力減小，同時易切削元素本身的特性和所形成的化合物起潤滑切削刀具的作用，易斷屑，減輕了磨損，從而降低了工件的表面粗糙度，提高了刀具壽命和生產(chǎn)效率。
+ x" @0 S4 }. M6 S' c  A8 `) X   第一次世界大戰(zhàn)期間(1914～1918年)，美國人首先發(fā)現(xiàn)硫在鋼中對改善切削性的作用，生產(chǎn)出自動機床用硫系低碳易切削鋼，后來英、蘇、德、日、法等國也相繼生產(chǎn)自動機床用硫系易切削鋼并逐步使之系列化。硫系易切削鋼的產(chǎn)量大，用途廣，許多新型易切削鋼也是以硫系為基礎(chǔ)發(fā)展起來的。
9 P/ N& s8 s- D+ w4 t, t約在1932年后，人們受到切削性異常優(yōu)越的鉛黃銅的啟發(fā)，開始研制含鉛的易切削鋼。因鉛有劇毒，當時在冶煉和安全防護等方面的技術(shù)問題還沒有解決，直到1937年美國研制出含鉛易切削鋼。1958年，日本引進此種技術(shù)并開始研制新的鉛易切削鋼，到1975年日本公布的含鉛易切削鋼專利就有25項之多。前蘇聯(lián)是在70年代初才開始生產(chǎn)鉛易切削鋼。
5 E& D" |# g/ _, q隨著機械切削加工不斷向自動化、高速化和精密化方向發(fā)展，對材料的切削性提出更高的要求，于是出現(xiàn)了切削性更佳的鉛一硫復合易切削鋼，又稱為超易切削鋼。此后各種鉛一硫二元和多元復合易切削鋼陸續(xù)問世。
# q; b: u! O9 b1 D% I: N  Q碲作為易切削元素用于易切削鋼，首先出現(xiàn)在1932年的專利中。1961年美國研制成功一種含碲易切削鋼，它是硫一鉛一碲多元復合易切削鋼，其切削性非常優(yōu)異，可與易切削黃銅比美。由于硒與碲的性能和作用相近，故經(jīng)常被交替使用或同時加入鋼中。
% y0 ?* ]& Z1 ?2 J1 E+ p0 Q% r自60年代起，人們又從另一途徑來研究改善鋼的切削性，即加入某種脫氧元素，以生成所需要的脫氧產(chǎn)物——有利夾雜，在日本將此稱為脫氧調(diào)整型易切削鋼。前聯(lián)邦德國于1964年首先提出用鈣脫氧的鈣易切削鋼專利，3年后被日本引入并正式生產(chǎn)，它最適于用TiC的硬質(zhì)合金刀具，進行高速切削，可顯著提高生產(chǎn)率，降低工具消耗。在日本已成為汽車、拖拉機制造業(yè)中用量相當大的一種易切削鋼。
從60年代后期開始，又研究了加鈦脫氧的易切削鋼。1973年日本首先發(fā)表了以鈦脫氧的鈦一硫復合易切削鋼專利，近幾年，在日本等少數(shù)國家已開始試用。
0 v; g4 p* I' Q0 p. @5 @# w8 O易切削鋼生產(chǎn)發(fā)展很快，品種和牌號數(shù)量不斷增加，產(chǎn)量逐漸上升。在美國、日本、英國、前聯(lián)邦德國、前蘇聯(lián)五國易切削鋼標準中，多者有31個鋼號(AISI)，少者有7個鋼號(FOCT)。品種已經(jīng)擴大到扁鋼和管易。易切削鋼產(chǎn)量以日本最多，增加速度也最快。1965年接近10萬t，到了1985年達到了1OO萬t左右，其中硫系占64．4％。日本生產(chǎn)的易切削鋼約有40％～46％消耗在汽車制造業(yè)，產(chǎn)業(yè)機械消耗約10％，家庭用品和其他消耗約6％。
中國從20世紀50年代開始生產(chǎn)硫系易切削鋼(主要是低碳自動機床加工用鋼)，1975年又審訂了易切削鋼的新標準GBl91-75。從70年代起，開始試生產(chǎn)鈣系和鈦系易切削鋼。但是對生產(chǎn)中需要特殊防護，以消除公害的含鉛、硒或碲的易切削鋼，卻一直未正式生產(chǎn)。從1977年開始，中國又研究了含稀土易切削鋼。
分類    按所含易切削元素可分為：(1)硫易切削鋼。硫在鋼中與錳和鐵形成硫化錳夾雜，這類夾雜物能中斷基體金屬的連續(xù)性，在切削時促使斷屑形成小而短的卷曲半徑，而易于排除，減少刀具磨損，降低加工表面粗糙度，提高刀具壽命。通常鋼的被切削性隨鋼中硫含量的增多而增高。但鋼的縱向和橫向的力學性能差別大，橫向塑、韌性差，疲勞及耐蝕性能也有所降低。鋼中硫含量過高時，會導致熱脆性，對鋼的熱加工造成困難，惡化鋼的力學性能。通常硫含量為0．08％～0．30％，有的可提高到0．4％，易切削工具鋼和不銹鋼中的硫含量均應在0．06％～0．10％之間。
+ z( {% v* B8 |+ \# o$ u磷多與硫復合加入鋼中，通常磷含量在0．04％～o．12％，磷固溶于鐵素體中會提高硬度和強度，降低韌性，使切屑易于折斷和排除，從而獲得良好的加工表面粗糙度，但磷含量過高會顯著降低塑性，提高硬度，反而對鋼的切削性起有害作用。
(2)鉛易切削鋼。鉛在鋼中呈細小金屬顆粒形態(tài)，均勻分布或附著于硫化物的周圍。由于鉛的熔點較低，切削時融熔滲出起潤滑作用，降低摩擦，提高切削性，但并不影響常溫力學性能。鋼中鉛含量一般在0．10％～0．35％。因為鉛的比重大，如含量過高，容易引起嚴重的偏析并形成大顆粒夾雜物，反而降低鉛對切削加工的有利作用。鉛和硫復合加入低碳結(jié)構(gòu)鋼中，改善鋼材被切削的效果更為顯著。
3 ~# |% k( f+ e0 M/ x4 [# ](3)鈣易切削鋼。鋼中鈣與鋁、硅結(jié)合形成低熔點的復合氧化物(主要是CaO•Al2O3•SiO2)，高速切削時，鈣系氧化物附著于切削工具表面起潤滑和減摩作用，從而提高刀具的使用壽命。如果同時含硫、鉛等元素，它們的復合作用會使切削效果更好。
80年代以來隨著切削工具的改進，在鈣易切削鋼上涂有T|N涂層的工具，對于工具費用高的滾齒刀、插齒刀等齒輪加工工具，有顯著效果。
(4)硒、碲、鉍易切削鋼。碲、鉍含量約為0．03％～0．10％，硒的含量可達0．15％。硒以硒化物如FeSe、MnSe等形態(tài)存在于鋼中，其作用與硫相似，對于既要求高的切削性，又要求較好塑性的鋼，在鋼中加硒要比硫好。碲可單獨加入，也可與鉛或硫同時加入鋼中，形成復合夾雜物，以降低切削抗力和切削熱，使切屑容易排除，顯著提高鋼的切削性，得到良好的加工表面粗糙度，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，呈細小的金屬顆粒夾雜物，均勻分布或附著于硫化物周圍。
$ n+ E) o; X1 r7 z5 W+ t& y1 M其他元素對鋼切削性的影響在易切削鋼中除上述易切削元素外，其他元素也對鋼的切削性有一定影響：(1)碳。鋼中碳含量的高低與鋼材的切削性能有關(guān)。碳含量過低，組織中會出現(xiàn)大量鐵素體，鋼的硬度和強度很低，切屑易粘著于刀刃上形成刀瘤，加之切屑是撕裂斷落，使切削性下降，加工表面粗糙度很高。碳量過高，組織中珠光體量增多，硬度及強度提高，使切削抗力增大，切削性變壞。易切削結(jié)構(gòu)鋼中碳含量以0．15％～0．25％為宜。(2)錳。鋼中錳與硫形成硫化錳夾雜，使切屑易于斷裂，改善鋼的切削性，還能消除或減弱因硫所引起的熱脆性。因此，在易切削鋼中應保證錳含量在0．60％～1．60％之間，并保持適當?shù)腗n／S的比值。(3)硅和鋁。硅和鋁都對鋼的切削性起有害作用。硅部分固溶于鐵素體中，提高鋼的硬度，使切削加工困難。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。故易切削鋼中硅含量宜低。鋁一般作為脫氧劑加入鋼中，大部分與氧結(jié)合生成細小脆硬的氧化鋁夾雜，增加刀具的磨損。硅和鋁加入鋼中還會降低鋼的氧含量，使硫化物夾雜呈細長條狀分布，惡化鋼的切削性。(4)氧和氮。氧在鋼中一般是有害的，因為它降低鋼的力學性能，但易切削鋼中氧含量增高，會使硫化物呈紡錘形分布，改善鋼的切削性。氮雖能提高鋼的強度，但增加脆性，切削加工時會形成短碎的斷屑。鋼中含微量氮(≤0．002％)時對切削性和工件表面質(zhì)量起有利作用，但含量過高時，鋼的強化作用增大，對刀具壽命不利。
化學成分幾個主要國家易切削鋼的成分(質(zhì)量分數(shù))見表。
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用轉(zhuǎn)爐冶煉，硫的合金化是在盛鋼桶或熔池中加入硫或硫化鐵進行的，所用錳鐵以低硅和低碳者為宜。如無特殊要求，應盡量降低鋼中硅含量，以改善鋼的切削性，并要進行充分脫氧，防止產(chǎn)生發(fā)紋。在冶煉過程中產(chǎn)生的硫、鉛等有害氣體，必須用強力通風裝置排除，并應有防治污染環(huán)境等設(shè)施處理。易切削鋼中含硫較高時，會有熱脆傾向，不利熱加工，應予注意。冷加工時力求外形尺寸精確，表面質(zhì)量良好，以改善在自動機床上切削加工性能。
(5)易切削鋼牌號表示方法易切削鋼采用標準化學元素符號、表1規(guī)定的符號和阿拉伯數(shù)字 表示。阿拉伯數(shù)字表示平均含碳量(以萬分之幾計)。
2 V/ e6 l' b" K# N　　①加硫易切削鋼和加硫、磷易切削鋼，在符號“Y”和阿拉伯數(shù)字后不加易切削元素符號。
9 L6 I6 F, O3 w" K& b　　例如：平均含碳量為0.15%的易切削鋼，其牌號表示為“Y15”。
" {% \; F$ ~( i0 j6 }/ w  ?　?、谳^高含錳量的加硫或加硫、磷易切削鋼在符號“Y”和阿拉伯數(shù)字后加錳元素符號。例如 ：平均含碳量為0.40%，含錳量為1.20%～1.55%的易切削鋼，其牌號表示為“Y40Mn”。
1 M) G6 n* \- B* E0 p　?、酆}、鉛等易切削元素的易切削鋼，在符號“Y”和阿拉伯數(shù)字后加易切削元素符號。例 如：“Y15Pb”、“Y45Ca”。

蕭蕭天竹

根據(jù)碳元素對鋼的切削性有一定影響：
4 U+ {. ^% P; [鋼中碳含量的高低與鋼材的切削性能有關(guān)。碳含量過低，組織中會出現(xiàn)大量鐵素體，鋼的硬度和強度很低，切屑易粘著于刀刃上形成刀瘤，加之切屑是撕裂斷落，使切削性下降，加工表面粗糙度很高。碳量過高，組織中珠光體量增多，硬度及強度提高，使切削抗力增大，切削性變壞。易切削結(jié)構(gòu)鋼中碳含量以0．15％～0．25％為宜。
所以易切削鋼一般都為中、低碳合金鋼
一般，易切削鋼的熱處理與牌號相同的合金鋼沒有多大區(qū)別。

bighammer

謝謝，學習了。

fiendwithme

' P  M3 ~# X* y為什么國內(nèi)并沒有普及易切削鋼的應用呢？
而我所接觸到的德國圖紙，很多零件主要是軸類零件都用易切削鋼Y15Pb。
很想請了解的同行來探討一下，易切削鋼在我國的應用有什么優(yōu)勢和限制？

茂愚公移山

學習學習，祝大家在即將到來的一年發(fā)大財，改變命運

ajijianwei

很好奇樓主的資料是從哪里弄來的

六角車

易切鋼是在大批量機械零件加工中比較常用的一種鋼材，一般都是做成冷拉棒料，特別適合自動車床的加工?？偟母杏X是，就Y12來說，日本的脆性好，不黏刀，材質(zhì)均勻，加工出的零件表面粗糙度好，刀具也耐用一些。其次是鞍鋼的也不錯，其他鋼廠的就差一些。至于為什么？沒研究過。看了這篇帖子，才從理論上了解了易切鋼，知其然，也知其所以然。謝謝了。