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、鐵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(tài)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. 不銹鋼的切削性能
欲改善不銹鋼的切削性能,與碳素鋼一樣可通過添加硫、鉛、鉍、硒和碲等元素來實現。其中添加如硫、硒和碲等元素可減輕工具的磨損,添加鉛和鉍等元素可改善切削狀態(tài)。
雖然添加硫可改善不銹鋼的切削性能,但是由于它是以MnS化合物的形式在于鋼中,所以使得耐蝕性明顯下降。為解決這個問題,通常是添加少量的鉬和銅。
不銹鋼比普通鋼硬而且強度與一般鋼相比較高,因而切削加工是比較困難的。為了使切削加工零部件更容易、質量和速度更高,便出現了“易削鋼”。易削不銹鋼,就是在冶煉時添加了S(硫)、Pb(鉛)、Se(硒)等元素,使柔軟相微細分布在材料中,提高其易削性。先前是以Pb易削鋼為主流,從環(huán)境保護考慮,近年來大多數是采用S易削鋼。
2. 不銹鋼切削的特點
不銹鋼與碳鋼比較,不銹鋼更難切削的原因是:退火不銹鋼的抗拉強度一般要高于退火碳鋼的抗拉強度;與熱軋或退火碳鋼相比較,不銹鋼的屈服強度和抗拉強度之間的范圍較大;與碳鋼比較,大多數不銹鋼都有較高的加工硬化速率;含碳較高的不銹鋼,含有大量游離的合金碳化物微粒,這些微粒使基體硬化增加了切削的難度,同時因為這些微粒的磨蝕引起了較大的刀具磨損。
不銹鋼的切削加工性能比中碳鋼差得多。以普通45號鋼的切削加工性作為100%,奧氏體不銹鋼1Cr18Ni9Ti的相對切削加工性為40%;鐵素體不銹鋼1Cr28為48%;馬氏體不銹鋼2Cr13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。
a. 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象最為突出。如奧氏體不銹鋼硬化后的強度高達1470~1960MPa,而且隨著屈服強度的提高,屈服極限也會升高;退火狀態(tài)的奧氏體不銹鋼σb不超過的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,塑性變形時品格歪扭,強化系數很大;且奧氏體不夠穩(wěn)定,在切削應力的作用下,部分奧氏體會轉變?yōu)轳R氏體;再加上化合物雜質在切削熱的作用下,易于分解呈彌散分布,使切削加工時產生硬化層。前一次進給或前一道工序所產生的加工硬化現象嚴重影響后續(xù)工序的順利進行。
b. 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1Cr18Ni9Ti的單位切削力為2450MPa,比45號鋼高25%。
c. 切削溫度高
切削時塑性變形及與刀具間的摩擦都很大,產生的切削熱多;加上不銹鋼的熱導率約為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,1Cr18Ni9Ti的切削溫度比45號鋼高200℃左右。
d. 切屑不易折斷、易黏結
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,易產生黏附現象,并形成積屑瘤,既加劇刀具磨損,又會出現撕扯現象而使已加工表面惡化。碳含量較低的馬氏體不銹鋼的這一特點更為明顯。
e. 刀具易磨損
切削不銹鋼過程中的親和作用,使刀-屑間產生黏結、擴散,從而使刀具產生黏結磨損、擴散磨損,致使刀具前刀面產生月牙洼,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,還有加工硬化現象,均會使刀具磨損加劇。
f. 線膨脹系數大
不銹鋼的線膨脹系數約為碳素鋼的1.5倍,在切削溫度作用下,工件容易產生熱變形,尺寸精度較難控制。