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日本易切削鋼的發展

時間:2015-1-20 16:01:53

 代表性的汽車用部件——機械結構件、油壓件或OA機器部件等是以特殊鋼為原料,經鍛造、熱處理和機械加工等工序製造而成。其中,為使機械加工工序合理化、簡略化,在不妨礙部件基本性能的前提下,研究采用添加了易切削元素的易切削鋼。這裏說的易切削鋼不僅是JIS易切削鋼(SUM係),還有在機械結構用鋼中添加易切削元素也屬於該範疇。

  將包括鋼材在內的金屬材料機械加工的難易度稱為“可切削性”,該特性主要有4點:
  ① 刀具壽命(磨損);
  ② 切削阻力;
  ③ 切屑處理性;
  ④ 尺寸、形狀精度(加工麵光潔度)。影響易切削鋼切削性的因素是添加易切削元素生成的夾雜物(硫化物、鉛、氧化物等)的組成和形態。因此,開發了控製夾雜物形態和組成的各種易切削鋼,下麵介紹易切削鋼的變化。
1 易切削鋼的曆史及種類
  最普通的易切削鋼是硫(S)易切削鋼。這是由於鋼中硫化錳(MnS)改善了鋼的切削性,磷鐵(F S)易切削鋼是易切削鋼開發的基礎。20世紀20年代,美國在精煉不足的鋼材中偶然發現了S易切削鋼。與氧化物係夾雜物相比,MnS是軟質,所以,由於脆化作用和固體潤滑作用改善了切削性。
  根據添加鉛(Pb)的易切削黃銅的存在,很早就預測Pb夾雜物對改善鋼材的切削性有效。但是,對於鋼而言,Pb的溶解度比銅合金小,鋼和Pb的熔點及比重之差大,所以,Pb難以向鋼中均勻分散,因此實用化比較晚。1937年美國內陸鋼公司(Inland Steel)首次成功將鉛易切削鋼實用化。之後,英國、德國也相繼實現了批量生產。同一時期,日本也在進行Pb易切削鋼的研發,20世紀50年代後半期開始批量生產。在鋼中Pb單獨或與其他夾雜物接觸,均不是以化合物存在,而是以金屬夾雜物單體存在。鉛熔點低,為327℃,所以,由於切削中的溫度上升,切屑內熔融脆化使切屑處理性提高,所謂的熔融脆化作用就是由於切削刀具和切削材料界麵的軟質、熔化產生的潤滑效果,降低了切削阻力。
  20世紀60年代,當時的西德開發了Ca易切削鋼,這是為控製氧化物係夾雜物的易切削鋼。一般Al脫氧鋼的鋼中氧化物是高熔點硬質的氧化鋁顆粒,所以,切削中增加了刀具的磨損。另一方麵,Ca易切削鋼通過添加Ca控製了氧化物組成,用軟質、低熔點化可以抑製刀具的磨損。此外,該軟質夾雜物堆積在超硬刀具和切屑的界麵,起到保護膜的作用,對抑製刀具磨損有效。但是,為了軟化氧化物,需要一定程度地提高切削溫度,該效果隻對高速切削域有效。在有各種加工的量產工序中,必須改善從低速到高速加工域的可切削性。因此,開發了Ca-S-Pb複合易切削鋼。