不同的不銹鋼的切削性能有很大的差異。一般所說不銹鋼的切削性能比其他鋼差,主要是指奧氏體型不銹鋼的切削性能差。這是由于奧氏體不銹鋼的加工硬化嚴重,熱導率低造成的。為此,在切削過程中需使用水性切削液,以減少切削熱變形。特別是當焊接時的熱處理不好時,無論是怎樣提高切削精度,其變形也是不可避免的。其他類型如馬氏體不銹鋼(gang)、鐵(tie)素體不銹鋼等不銹鋼的切削性能只要不是淬火后進行切削,那么與碳素鋼沒有太大的不同。但兩者均是含碳量越高則切削性能越差。沉淀硬化型不銹鋼由于其不同的組織和處理方法而顯示不同的切削性能,但一般來說其切削性能在退火狀態下與同一系列及同一強度的馬氏體型不銹鋼和奧氏體型不銹鋼相同。
1. 不銹鋼的切(qie)削性能
欲改(gai)善不(bu)銹鋼(gang)的(de)切削性(xing)能,與碳素(su)(su)鋼(gang)一樣(yang)可通過添加(jia)硫(liu)、鉛(qian)、鉍、硒和碲等(deng)元(yuan)素(su)(su)來實現。其中添加(jia)如硫(liu)、硒和碲等(deng)元(yuan)素(su)(su)可減輕工具的(de)磨損(sun),添加(jia)鉛(qian)和鉍等(deng)元(yuan)素(su)(su)可改(gai)善切削狀態(tai)。
雖(sui)然添加(jia)硫可(ke)改善不(bu)銹(xiu)鋼的切削性能,但(dan)是(shi)由于它是(shi)以MnS化(hua)合物(wu)的形式在于鋼中(zhong),所(suo)以使得耐蝕性明顯下(xia)降。為解決這個問題,通常是(shi)添加(jia)少量的鉬和銅。
不(bu)銹鋼(gang)(gang)比(bi)普通鋼(gang)(gang)硬而且(qie)強度與一般鋼(gang)(gang)相比(bi)較(jiao)高(gao),因而切削(xue)加工是(shi)比(bi)較(jiao)困(kun)難的(de)。為(wei)了使切削(xue)加工零(ling)部件(jian)更容易(yi)(yi)、質(zhi)量和速度更高(gao),便出現了“易(yi)(yi)削(xue)鋼(gang)(gang)”。易(yi)(yi)削(xue)不(bu)銹鋼(gang)(gang),就是(shi)在冶煉時添加了S(硫(liu))、Pb(鉛)、Se(硒)等(deng)元素,使柔軟相微細分布在材料中,提高(gao)其(qi)易(yi)(yi)削(xue)性。先前(qian)是(shi)以Pb易(yi)(yi)削(xue)鋼(gang)(gang)為(wei)主流,從環境保護(hu)考(kao)慮,近年來大多數(shu)是(shi)采用(yong)S易(yi)(yi)削(xue)鋼(gang)(gang)。
2. 不銹鋼(gang)切削的特點
不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)與(yu)碳鋼(gang)(gang)比(bi)(bi)較(jiao),不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)更難切(qie)削(xue)的(de)(de)(de)(de)原因是:退(tui)火不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)抗拉強度一般(ban)要高于退(tui)火碳鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)抗拉強度;與(yu)熱軋或退(tui)火碳鋼(gang)(gang)相比(bi)(bi)較(jiao),不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)的(de)(de)(de)(de)屈服強度和抗拉強度之間的(de)(de)(de)(de)范圍較(jiao)大(da);與(yu)碳鋼(gang)(gang)比(bi)(bi)較(jiao),大(da)多數不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang)都有較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)加工硬(ying)化(hua)速(su)率;含碳較(jiao)高的(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)銹鋼(gang)(gang),含有大(da)量游離的(de)(de)(de)(de)合金碳化(hua)物微(wei)粒(li),這(zhe)些微(wei)粒(li)使基體硬(ying)化(hua)增加了(le)切(qie)削(xue)的(de)(de)(de)(de)難度,同(tong)時因為這(zhe)些微(wei)粒(li)的(de)(de)(de)(de)磨蝕引起了(le)較(jiao)大(da)的(de)(de)(de)(de)刀具磨損(sun)。
不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)切(qie)削(xue)(xue)加工性(xing)(xing)(xing)能比中碳鋼差得多。以(yi)普通45號(hao)鋼的(de)(de)切(qie)削(xue)(xue)加工性(xing)(xing)(xing)作為100%,奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼1Cr18Ni9Ti的(de)(de)相對切(qie)削(xue)(xue)加工性(xing)(xing)(xing)為40%;鐵素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼1Cr28為48%;馬氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼2Cr13為55%。其中,以(yi)奧氏體(ti)和奧氏體(ti)-鐵素(su)體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼的(de)(de)切(qie)削(xue)(xue)加工性(xing)(xing)(xing)最差。不(bu)(bu)銹(xiu)鋼在切(qie)削(xue)(xue)過程中有如(ru)下幾方(fang)面特點。
a. 加工硬化嚴重(zhong)
在不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)中(zhong),以奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)和奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)-鐵(tie)素體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)硬(ying)化(hua)(hua)(hua)現象(xiang)最為(wei)突出(chu)。如奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)硬(ying)化(hua)(hua)(hua)后的(de)(de)(de)強度高(gao)達1470~1960MPa,而(er)且(qie)隨(sui)著屈(qu)服強度的(de)(de)(de)提(ti)高(gao),屈(qu)服極(ji)限(xian)也會(hui)升高(gao);退火(huo)狀(zhuang)態的(de)(de)(de)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)σb不(bu)(bu)(bu)超過的(de)(de)(de)30%~45%,而(er)加(jia)工(gong)(gong)硬(ying)化(hua)(hua)(hua)后達85%~95%。加(jia)工(gong)(gong)硬(ying)化(hua)(hua)(hua)層的(de)(de)(de)深度可(ke)達切(qie)(qie)(qie)削(xue)深度的(de)(de)(de)或(huo)更大;硬(ying)化(hua)(hua)(hua)層的(de)(de)(de)硬(ying)度比原來的(de)(de)(de)提(ti)高(gao)1.4~2.2倍。因為(wei)不(bu)(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)(xiu)鋼(gang)的(de)(de)(de)塑性(xing)大,塑性(xing)變形(xing)時品格歪扭,強化(hua)(hua)(hua)系(xi)數很大;且(qie)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)不(bu)(bu)(bu)夠穩定,在切(qie)(qie)(qie)削(xue)應力的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下,部(bu)分(fen)奧(ao)(ao)(ao)氏體(ti)會(hui)轉變為(wei)馬氏體(ti);再加(jia)上化(hua)(hua)(hua)合物雜質(zhi)在切(qie)(qie)(qie)削(xue)熱的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下,易(yi)于(yu)分(fen)解呈彌(mi)散分(fen)布,使(shi)切(qie)(qie)(qie)削(xue)加(jia)工(gong)(gong)時產(chan)生硬(ying)化(hua)(hua)(hua)層。前一(yi)(yi)次(ci)進(jin)(jin)給或(huo)前一(yi)(yi)道工(gong)(gong)序所產(chan)生的(de)(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)硬(ying)化(hua)(hua)(hua)現象(xiang)嚴(yan)重影響(xiang)后續工(gong)(gong)序的(de)(de)(de)順利進(jin)(jin)行。
b. 切(qie)削力(li)大(da)
不銹(xiu)鋼在切(qie)削(xue)過(guo)程(cheng)中塑性變形大(da),尤其是奧氏體不銹(xiu)鋼(其伸長(chang)率超過(guo)45號鋼的(de)1.5倍以上),使切(qie)削(xue)力增(zeng)加。同時,不銹(xiu)鋼的(de)加工(gong)硬化嚴重,熱強(qiang)度高,進一步增(zeng)大(da)了切(qie)削(xue)抗力,切(qie)屑(xie)的(de)卷曲(qu)折(zhe)斷也比(bi)較困難(nan)。因此加工(gong)不銹(xiu)鋼的(de)切(qie)削(xue)力大(da),如車(che)削(xue)1Cr18Ni9Ti的(de)單位切(qie)削(xue)力為2450MPa,比(bi)45號鋼高25%。
c. 切(qie)削溫度高(gao)
切削(xue)時塑性變形及與刀具間(jian)的(de)摩擦都(dou)(dou)很大(da),產生的(de)切削(xue)熱(re)多;加上不銹鋼的(de)熱(re)導(dao)率約為(wei)45號(hao)鋼的(de)1/4~1/2,大(da)量切削(xue)熱(re)都(dou)(dou)集中(zhong)在(zai)切削(xue)區和(he)刀-屑接(jie)觸(chu)的(de)界(jie)面上,散熱(re)條件差。在(zai)相同的(de)條件下,1Cr18Ni9Ti的(de)切削(xue)溫度比45號(hao)鋼高200℃左右(you)。
d. 切屑(xie)不(bu)易折斷、易黏結(jie)
不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)塑(su)性(xing)(xing)、韌性(xing)(xing)都很(hen)大,車加工時(shi)切屑連綿不(bu)斷,不(bu)僅影響(xiang)操作的(de)順(shun)利進行,切屑還(huan)會擠(ji)傷已(yi)加工表(biao)(biao)面。在高(gao)溫(wen)、高(gao)壓下(xia),不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)與其他(ta)金屬(shu)的(de)親和性(xing)(xing)強,易產(chan)生黏附現(xian)象,并形成積屑瘤,既加劇刀具磨(mo)損,又會出現(xian)撕扯現(xian)象而使已(yi)加工表(biao)(biao)面惡化。碳(tan)含量較低的(de)馬(ma)氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)(gang)的(de)這一特點更(geng)為明顯。
e. 刀具易磨損
切削(xue)不銹鋼過程中(zhong)的親(qin)和作用,使(shi)(shi)刀-屑間產(chan)生黏(nian)結(jie)(jie)、擴散,從(cong)而使(shi)(shi)刀具(ju)(ju)產(chan)生黏(nian)結(jie)(jie)磨(mo)損(sun)、擴散磨(mo)損(sun),致使(shi)(shi)刀具(ju)(ju)前(qian)刀面產(chan)生月牙洼,切削(xue)刃(ren)還(huan)會形成微小的剝(bo)落(luo)和缺口;加上不銹鋼中(zhong)的碳化物(如TiC)微粒硬度很高,切削(xue)時直接與刀具(ju)(ju)接觸、摩擦,擦傷刀具(ju)(ju),還(huan)有加工硬化現象,均(jun)會使(shi)(shi)刀具(ju)(ju)磨(mo)損(sun)加劇(ju)。
f. 線(xian)膨脹系(xi)數大
不銹鋼的(de)線膨脹系數(shu)約為碳素鋼的(de)1.5倍(bei),在切削溫度(du)作用下,工件容易產生(sheng)熱變(bian)形,尺寸(cun)精度(du)較難(nan)控制(zhi)。