文档介绍：易切削钢性能改善的机理及对策
  易切削钢是向钢中加入硫、铅、钙等元素以提高其切削性能的钢。根据统计数据,日本2009年度在特殊钢热轧材中的易切钢产量约为66万t,%。在JIS G 4804中已将S易切钢和S复合易切钢进行了标准化;并且,在日本汽车技术会规范JASO M103(汽车结构用钢钢材)中,对钢的成分又进行了追加或变更,对加S(S0-S2)、加Pb(L1-L2)、加Ca(U)进行了标准化。另外,即使是不锈钢,在JIS G 4303等标准中也将通过S、Pb的加入提高了切削性能的钢种进行了标准化。
将易切钢中易切元素的种类和切削性改善机理及效果归纳如原创表1。切削性能的改善机理有:利用Pb、Bi等低熔点物质的熔融脆化作用;利用Ca系氧化物的工具表面保护作用;利用S化物的应力集中作用等。这些易切元素能改善钢的切削性能,但又往往会降低钢的力学性能和疲劳强度。
以下概要介绍代表性易切钢的切削性能改善机理、损坏实例及对策。
1 S易切钢的损坏实例及对策
 S易切钢的切削性改善机理
S易切钢中的S和Mn结合而形成MnS,此夹杂物在切削加工高速变形时作为缺口而起作用,利用应力集中使切屑断开,从而改善了钢材的切削性能。
 S易切钢的损坏机理
1) 热锻裂纹
S易切钢中的MnS因热轧和冷轧而变形,作为细的延伸夹杂物而存在。因此,较之基础钢,在热锻中与锻造塑性流动成直角方向的延性变低了,即在锻造时往往会沿着钢材流动方向产生裂纹。
2) 冷锻裂纹
由于S易切钢上分布着沿轧制方向延伸的MnS,故垂直于轧制方向的延伸率、断面收缩率、冲击值的劣化大,呈现出明显的各向异性。因此,使材料在不同方向的延伸差异大,故冷锻时往往会产生裂纹。
原创图1是将机械结构用碳钢和S易切钢作为供试验材进行冷镦(锻造)试验的结果:伴随S含量的升高,在少的变形量下就会发生裂纹,表明钢的冷成形性随S含量的增加而下降。因此,在对钢实施冷加工时,有必要进行考虑了材料各向异性的加工方案的研究。
 对策
S易切削钢的主要问题是存在各向异性,作为其改善对策如下:
1) 合适S含量的选择
%S(S1)、%S(S2)的程度,但S含量越高,各向异性就越显著,故应在考虑到和切削性改善效果平衡的基础上选择合适的S含量。
2) MnS的形态控制
通过Ca、Zr等元素的加入、将MnS夹杂物球化而减轻S易切钢的各向异性及产生裂纹的可能性。
3) 使用各向异性少的易切削钢
Pb易切削钢的各向异性比S易切削钢少,对它的使用进行了研究。然而,为了满足近年迫切减少环境负荷物质的要求,开发了无Pb易切削钢。在确保钢的切削性的同时,还考虑到了如何改善钢的各向异性以及冷加工性。
4) 加强对热锻时加热和锻造温度的适当管理。
5) 充分考虑了各向异性的加工方法,并制定冷锻加工中适当钢种的选择。
2 Pb易切削钢的损坏实例及对策
 Pb易切削钢的易切性改善机理
%-%的Pb,而Pb的熔点低到327℃,故在切削时的加工热使钢中的Pb处于熔融状态,利用其脆化作用分断切削而提高了切削处理性;同时,在切削工具表面与切屑和工件之间具有润滑作用,从而抵制了工具磨损,改善了切削性能,