不銹鋼的切削性比中碳鋼差得多。以普通45號鋼的切削加工性作為100%,奧氏體不銹鋼06Cr18Ni11Ti的相對切削加工性為40%;鐵素體不銹鋼10Cr28為48%;馬氏體不銹鋼20Cr13為55%.其中,以奧氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼的切削加工性最差。不銹鋼在切削過程中有如下幾方面特點。
1. 切削加工硬化嚴重
在不銹鋼中,以奧氏體和奧氏體+鐵素體不銹鋼的加工硬化現(xiàn)象最為突出。如奧氏體不銹鋼硬化后的強度(Sb)高達1470~1960MPa,而且隨著強度(Sb)的提高,屈服極限(Ss)升高;退火狀態(tài)的奧氏體不銹鋼屈服極限(Ss)不超過強度(Sb)30%~45%,而加工硬化后達85%~95%.加工硬化層的深度可達切削深度的1/3或更大;硬化層的硬度比原來的提高1.4~2.2倍。因為不銹鋼的塑性大,塑性變形時晶格扭曲,強化系數(shù)很大;而且奧氏體不夠穩(wěn)定,在切削應(yīng)力的作用下,部分奧氏體會轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體;再加上化合物雜質(zhì)在切削熱的作用下,易于分解呈現(xiàn)彌散分布,使切削加工時產(chǎn)生硬化層。前一次進給或前一道工序所產(chǎn)生的加工硬化現(xiàn)象,嚴重地影響后續(xù)工序的順利進行。
切削力大:不銹鋼在切削過程中塑性變形大,尤其是奧氏體不銹鋼(其伸長率超過45號鋼的1.5倍以上),使切削力增加。同時,不銹鋼的加工硬化嚴重,熱強度高,進一步增大了切削抗力,切屑的卷曲折斷也比較困難。因此,加工不銹鋼的切削力大,如車削06Cr18Ni11Ti的單位切削力為2450MPa,比45號鋼高25%。
2. 切削溫度高
切削時塑性變形及與刀具間的摩擦都很大,產(chǎn)生的切削熱多;加上不銹鋼的熱導(dǎo)率約為45號鋼的1/4~1/2,大量切削熱都集中在切削區(qū)和刀屑接觸的界面上,散熱條件差。在相同的條件下,06Cr18Ni11Ti的切削溫度比45號鋼高200℃左右。
切屑不易折斷、易粘接:不銹鋼的塑性、韌性都很大,車加工時切屑連綿不斷,不僅影響操作的順利進行,切屑還會擠傷已加工表面。在高溫、高壓下,不銹鋼與其他金屬的親和性強,極易產(chǎn)生黏附現(xiàn)象,并形成積屑瘤,既加劇刀具磨損,又會出現(xiàn)撕扯現(xiàn)象而使已加工表面惡化。含碳量較低的馬氏體不銹鋼的這一特點也比較明顯。
3. 刀具易磨損
切削不銹鋼過程中的親和作用使刀屑間產(chǎn)生粘接、擴散,從而使刀具產(chǎn)生粘接磨損、擴散磨損,致使刀具前刀面產(chǎn)生月牙洼,切削刃還會形成微小的剝落和缺口;加上不銹鋼中的碳化物(如TiC)微粒硬度很高,切削時直接與刀具接觸、摩擦,擦傷刀具,還有加工硬化現(xiàn)象,均會使刀具磨損加劇。
4. 線膨脹系數(shù)大
不銹鋼的線膨脹系數(shù)約為碳素鋼的1.5倍,在切削溫度作用下,工件容易產(chǎn)生熱變形,尺寸精度較難控制。
在不銹鋼加工所使用的各種切削設(shè)備中,自動車床機的高效率最為突出,這類設(shè)備可以把各種尺寸的不銹鋼棒材加工成所有設(shè)備中都必不可少的、種類幾乎無窮多的零部件。幾種切削加工方式及其運動示意圖,見圖7-1。
金屬的切削加工性能既關(guān)系到金屬切削的加工者,同時又關(guān)系到加工后的使用者?!扒邢餍阅堋边@一術(shù)語是用來表示金屬材料的切削加工特性。或者說,它是表示金屬材料被適當?shù)牡毒咔邢骰蚣庸こ尚偷目赡苄曰螂y易程度。各類不銹鋼的切削加工特性,在圖7-3中已列出,該圖是以使用高速鋼刀具切削時,選用所建議的切削速度是用每分鐘表面英尺數(shù)來表示的。圖中的切削特性值是將各種不銹鋼切削加工特性與被假定為100%的AISI 31112 鋼進行比較而得出的。每分鐘表面進給量標注在圖表的上面;相對切削加工特性百分數(shù)則標注在圖表的下面。