易切削鋼介紹及各元素起的作用

1、易切削鋼易切削鋼(free cutting steel)在鋼中加入一定數(shù)量的一種或一種以上的硫、磷、鉛、鈣、硒、硫等易切削元素，以改善其切削性的合金鋼。又稱 自動(dòng)機(jī)床加工用鋼，簡(jiǎn)稱自動(dòng)鋼。這類鋼可以用較高的切削 速度和較大的切削深度進(jìn)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(shí)易切削元素本身的特性 和所形成的化合物起潤(rùn)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。筒吏第一次世界大戰(zhàn)期間 (19141918年)，美國(guó)人首先 發(fā)現(xiàn)硫在鋼中對(duì)改善切削性的作用，生產(chǎn)出自動(dòng)機(jī)床用硫系 低碳易切削鋼，后來英、蘇、德、日、法等國(guó)也相繼生產(chǎn)

2、自 動(dòng)機(jī)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。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(dāng)時(shí)在冶煉和安全防護(hù)等方面的技術(shù)問題還沒有解決，直到1937年美國(guó)研制出含鉛易切削鋼。1958年，日本引進(jìn)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(xiàng)之多。前蘇聯(lián)是在70年代初才開始生產(chǎn)鉛易切削鋼。隨著機(jī)械切削加工不斷向自動(dòng)化、高速化和精密化方向發(fā)展，對(duì)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(fù)合易切削鋼，又稱為超易切削鋼。

3、此后各種 鉛一硫二元和多元復(fù)合易切削鋼陸續(xù)問世。確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(guó)研制成功一種含硫易切削鋼，它是硫一 鉛一確多元復(fù)合易切削鋼，其切削性非常優(yōu)異，可與易切削 黃銅比美。由于硒與硫的性能和作用相近，故經(jīng)常被交替使 用或同時(shí)加入鋼中。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)物一一有利夾雜，在日本將此稱為脫氧調(diào)整型易切削鋼。前聯(lián)邦德國(guó)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(jìn)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

4、為汽車、拖拉機(jī)制造業(yè)中用量相當(dāng)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(fù)合易切削鋼專利， 近幾年，在日本等少數(shù)國(guó)家已開始試用。易切削鋼生產(chǎn)發(fā)展很快，品種和牌號(hào)數(shù)量不斷增加，產(chǎn) 量逐漸上升。在美國(guó)、日本、英國(guó)、前聯(lián)邦德國(guó)、前蘇聯(lián)五 國(guó)易切削鋼標(biāo)準(zhǔn)中，多者有31個(gè)鋼號(hào)（AISI）,少者有7個(gè)鋼號(hào)（FOCT）。品種已經(jīng)擴(kuò)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(dá)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(jī)械消耗

5、 約10%,家庭用品和其他消耗約6%。中國(guó)從20世紀(jì)50年代開始生產(chǎn)硫系易切削鋼（主要是低 碳自動(dòng)機(jī)床加工用鋼），1975年又審訂了易切削鋼的新標(biāo)準(zhǔn) G B191-75。從70年代起，開始試生產(chǎn)鈣系和鈦系易切削鋼。 但是對(duì)生產(chǎn)中需要特殊防護(hù)，以消除公害的含鉛、硒或硫的 易切削鋼，卻一直未正式生產(chǎn)。從 1977年開始，中國(guó)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 中與鎰和鐵形成硫化鎰夾雜，這類夾雜物能中斷基體金屬的 連續(xù)性，在切削時(shí)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

6、而增高。但鋼的縱向和橫向的力學(xué)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(shí)，會(huì)導(dǎo)致熱脆性，對(duì)鋼的 熱加工造成困難，惡化鋼的力學(xué)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(yīng)在 0. 06 %0. 10 %之間。磷多與硫復(fù)合加入鋼中，通常磷含量在0. 04 %o. 12%,磷固溶于鐵素體中會(huì)提高硬度和強(qiáng)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(huì)顯著降低塑性，提高硬度，反而對(duì)鋼的切削性起 有害作用。(2)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

7、圍。由于鉛的熔點(diǎn)較低，切削時(shí)融熔 滲出起潤(rùn)滑作用，降低摩擦，提高切削性，但并不影響常溫 力學(xué)性能。鋼中鉛含量一般在0. 10%0. 35%。因?yàn)殂U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，反而降低鉛對(duì)切削加工的有利作用。鉛和硫復(fù)合加入 低碳結(jié)構(gòu)鋼中，改善鋼材被切削的效果更為顯著。(3)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(shí)，鈣系氧化 物附著于切削工具表面起潤(rùn)滑和減摩作用，從而提高刀具的 使用壽命。如果同時(shí)含硫、鉛等元素，它們的復(fù)合作用會(huì)使 切削效果更好。80年代以來隨著切削工具的改進(jìn)，在鈣易切削鋼上涂有T

8、|N涂層的工具，對(duì)于工具費(fèi)用高的滾齒刀、插齒刀等齒輪加工工具，有顯著效果。（4）硒、硫、韌易切削鋼。硫、韌含量約為0. 03%0. 10%,硒的含量可達(dá)0. 15%。硒以硒化物如 FeSe、MnSe等形態(tài)存在于鋼中，其作用與硫相似，對(duì)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。硫可單獨(dú) 加入，也可與鉛或硫同時(shí)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，顯著提高鋼的切削 性，得到良好的加工表面粗糙度，不過加硫后會(huì)使鋼的塑性、 韌性稍有降低。硒和硫一般多用于合金鋼。韌在鋼中的作用 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 化物周圍。其他元素對(duì)鋼

9、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(duì)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(huì)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，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(qiáng)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）鎰。鋼中鎰與硫形成硫 化鎰夾雜，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(yīng)保證鎰含量在0. 60%1 . 60%之間，并保持適當(dāng)?shù)?Mn/S的比值。(3)硅

10、和鋁。硅和鋁都對(duì)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(xì)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(huì)降低鋼的氧含量，使硫化物夾雜呈細(xì)長(zhǎng)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?yàn)樗档弯摰牧W(xué)性能，但易切 削鋼中氧含量增高，會(huì)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(qiáng)度，但增加脆性，切削加工時(shí)會(huì)形 成短碎的斷屑。鋼中含微量氮(W0. 002 %)時(shí)對(duì)切削性和工件表面質(zhì)量起有利作用，但含量過高時(shí)，鋼的強(qiáng)化作用增大， 對(duì)刀具壽命不利?；瘜W(xué)成分幾個(gè)主要國(guó)家易切削鋼的成分(質(zhì)量分?jǐn)?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(jìn)行的，所用鎰鐵以低硅和低