易切削钢的发展动向.doc

易切削钢的发展动向 前言 众所周知 提高钢的切削性的元素有S、Pb、Se、Te、Bi、Ca、Ti等。最早研制出来的是添加多量硫的硫易切削钢。美国从192O年开始将其用于汽车零件，日本在1940年前后，该钢种出现于JES标准，1952年纳入JIS标准。含硫易切削钢以及S、P、N、Pb等元素的复合系易切削钢统称为硫系易切削钢，按用途可以分为： 1． 注重切削性的硫系以及含硫复台系易切削钢。 2． 以机械性能为重点并增加易切削性的机械结构用硫系易切削钢。 第一种在JIS标准中为SUM××， AISI标准中为11××、12××， 第二种在JJIS标准中为S1 (S=0.04～0.07％)、S2(S=O．O8～ O．12％)。易切削钢的产量1961年吸为几万吨， 随着用于汽车零件量的增加而产量也逐年增加，最近达到了130万吨。其中，估计硫系易切削钢约占60％本文对于提高硫系易切削钢切削性的机理和新的制造技术、新产品以及用途等加以介绍。 提高切削性的机理 硫系易切削钢就是在钢液中加入Fe-S， 在凝固时使其以硫化物(MnS)形式析出的钢种。MnS在凝固阶段呈球形， 具有同铁一样的塑性所以， 通过热加工(轧制、锻造)可以延伸为线状。如下所述，MnS的这种形状 序影响切削性和机械性能一般认为，MaS提高切削性的作用如下： (1)内应力集中源， (2)润滑作用，(3)抑制积屑瘤作用， (4)减轻磨擦。 切削时Mns在一次脆断区起应由集中源作用，诱发微细裂纹， 进而通过工具与切屑间的润滑作用，降低二次脆断阻力。通过MnS的这种内部应自集中源作用和润滑作用，降低切削阻力，减少切削时产生的热量抑制工具超磨耗。另外，在流出的铁屑中存在着大量的微细裂纹，所以，当切屑同工具和被切削材相撞时，则容易折断。用高速钢工具切削时，特别是用成型工具进行成型加工时，刀尖处产生积屑瘤(被切削材的一部分因加工硬化而附着在刀尖处 替代刀具切削)，使精加工面的光洁度降低。MnS将会减少积屑瘤的凝聚量， 改善精加工面的光洁度。 对于机械结构用钢来说，为了提高钢曲纯净度和调整晶粒度，要在钢液中加入铝，而其中一部分铝以A12O3 的形式残存于钢中。由于A12O3非常硬，所以，在用超硬工具或金属陶瓷工具切削时会因磨擦而增加损耗。但是，如果使钢多产生MnS，那么，因其中一部分MnS在A12O3的周围析出，因而能防止A12O3同工具的直接接触，抑制磨耗。 最新研制成功的硫系易切削钢 1． 含硫及含硫复合易切削钢 含硫易切削钢是将硫作为提高切削性元索单独添加的钢种(AISI 11××)，而含硫复合型易切钢则是除S外， 又添加P、Pb、N等(12××)。这些易切削钢都以提高切削性为重点，所以提高切削性元素的含量较多。但通常不添加Si、Al等脱氧元素。它的线材和棒材，轧制后经过酸洗、冷拔工序，可用自动车床批量加工。用户对于上述易切削钢的要求，一是进一步提高切削性，二是最近随着液压零件的优质化要求提高钢材内部质量。 (1)改善硫化物形状 MnS颗粒大的钢，成型加工时的积屑瘤量少，加工而的光浩度好。为了改善MnS的形状，在冶炼过程中，必须适当地控制钢中的含氧量。 (2)连铸化 在模铸钢锭中，化学成分C、Si、Mn、P、S会发生偏析，而在连铸坯中，由于钢液的凝固速度快， 并且多利用搅拌技术， 使偏析显著减轻。所以用连铸法生产的含硫及含硫复个合型易切削钢适合制造液压零件等。但是，连铸坯凝固速度快 特别是表面形成的MnS颗粒小，致使成型加工的光洁度较差，因此，目前正在研究改善其切削性。 (3)复合易切削钢 增加S约添加量超过O.3％时，切削性提高的比例变小，机械性能恶化，所以，需要同其它能提高切削性的元素一起复合添加。这就是添加了P、N、Pb等的复合型易切削钢。P和N固溶于铁素体中，使其基体发生脆化，可以改善加工面的光洁度。Pb通过升温脆化和润滑作用，有抑制积屑瘤生成并使之稳定的效果。图2列出了1117(S)、1116(S)、1213(S+P)、1215 (S+P+N)、12L14(S+P+Pb)的切削性。该图还列出了以车床加工光洁度为基准的生产效率。在这些钢中，切削性最好的是12L14，大量地用于自动车床的批量生产加工。作为切削性比l2L14还好，接近易切削黄铜的钢，是含P、S、Pb、Te 的超易切削钢，该钢种已经投入了实际应用。Te在抑制、稳定积屑瘤方面有特效,还可以改善加工面。另外，还研制出了添加与Pb有同样效果的Bi的超易切削钢。 2.机械结构用含硫易切削钢 机械结构用含硫易切削钢大量用于生产汽车为中心的机械工业。这是因为该钢具有优异的切削性，同时又比较便宜，所以，经济效益好。最近，由于能够容易地控制钢中硫化物的形状和采用连铸化及低氧化炼钢技术，使该钢种质量得到不断提高，用途也正在进一步扩大。 (1)硫化物的形状控制 机械结构用含硫易切削钢由于添加了Al、Si等脱氧元素，降低了钢中氧含量。因此MnS经热加工更容易延伸，使同热加工方向成直角的横向机械性能恶化。为此不能使用在要求横向强度的机械零件上。最近随着冷锻技术的发展，采用如下工艺的越来越多。即把以前只靠切削加工的机械零件先冷锻到接近最终形状的尺寸，然后再进行切削加工。这就要求易切钢具有良好的冷锻性。根据这种要求，研制出了添加Zr、Te，Ca等控制硫化物形状的易切削钢。 1.锆易切削钢 钢液中添加锆，置换部分MnS而生成(Zr、Mn)S.这种硫化物在热加工时，因其变形阻力比MnS大，不延伸而形成椭圆形，使钢的机械性能种冷加，性能获得提高。由图可知，吉错易 削钢的冲击值高。该易切削钢除提高了机械性能、冷加工性外，还能大幅度改善钻头寿命和超硬工具的耐磨耗性。 2. 碲易切削钢 Te硫化物椭圆化的处理与Zr不同。在MnS周围析出的MnTe，在热轧时起着稍滑性皮膜的作用，抑制MnS的固体变形，形成椭倒形，碲易切削钢也是除提高械性能和冷加工性能以外，还能使工具钢寿命大幅度延长。 3. 钙处理钢 在炼钢过程中，钢液处理阶段添加钙， 形成CaS (Ca、Mn)S。这一硫化物形态控制技术不仅应用在钢板生产上。现在棒钢生产领域也开始应用了。Ca处理钢与以前的Ca脱氧钢不同。Ca脱氧调整钢是使钢中生成Ca的氧化物， 这种氧化物在切削时形成包层， 附着在超硬工具表面，抑制了工具磨损，而Ca处理钢则是使钢中生成硫化物，可以消除硬质的Al2O3和改善硫化物形状。因此，用高速钢和超硬工具加工也均可发挥它的效果。 4.低氧化与连铸化 如前所述，机械结构用含硫易切削钢中含有硬质的Al2O3夹杂物。为了减少这种夹杂物，必须降低形成这种夹杂物的根源--氧。因此，在炼钢阶段采用脱气工艺、合适的耐火材料、防止二次氧化，促进夹杂物上浮分离等技术。 同其它含硫及含硫复合易切削钢一样，机械结构用含硫易切削钢也进行连铸化。但是，本钢种与前者不同，成型加工时的表面光洁度较好，通过连铸，使成分均匀，导致切削性的稳定，或者通过同上述炉外精炼技术结合，使钢中含氧置降低，因而可以改善切削性能，同时又能提高机械性能。 3.复合型易切削钢 机械结构用含硫易切削钢在切屑处理性这一点上不如含铅机械结构用易切削钢。因此， 研制出了复台加铅的机械结构用含硫， 铅易切削钢。另外，为了提高超硬工具或者金属陶瓷工具等高速切削时的寿命， 也有用Ca和Ti脱氧的机械结构用的硫易切削钢。 硫系易切削钢的用途 ． 选择哪一种易切削钢，首先要满足机械零件对钢的性能的要求，其次由于钢材价格上涨，考虑是否可以通过大量使用易切削钢取得综合经济效益。这种综合经济效益取决予切削性提高带来的经济教果：1，生产效率的提高(切削速度、进刀、切入效率的提高)；2，延长工具寿命， 降低工具费用； 3，省力、省工等是否能补偿钢材价格上升而有剩余。含硫及含硫复合易切削钢用于螺母．管接头以及汽车小零件等可用车床批量加工的制品。机械结构用禽硫易切削钢可以在钻孔加工(包括深钻)，拉削加工．滚齿加工等方面发挥效果。含硫量在0.06％以下时，其焊接性同不加硫的原钢种几乎一样。最近用陶瓷工具作高速车削加工的零件看，有报告说：含硫系易切削钢在工具表面附着硫化物(MnS)还有延长工具寿命的效果。机械结构用含硫易切削钢的切削处理性不如含铅易切削钢。但是，高表面压力下的抗点蚀能力却十分良好。此外，还可以减少切削张力。今后，可以认为，利用这一特点它的用途还将扩太， 4.结论 如上所述，近来随着新炼钢技术的发展，在原材料、冶炼、轧制等各个环节上，对硫系易切削钢实行了全面质量管理。改善了机械性能的新型钢和进一步提高切削性能的易切削钢已投入工业化应用。今后，即使在经济发展缓慢时期，易切削钢也会在提高生产率和生产自动化方面发挥越来越重要的作用。