新型低碳硫系易切削钢切削性能试验
易切削钢种类及其特性分析
（ 武 汉钢铁 （ 集 团） 公 司研 究 院 湖 北 武 汉 ： ４ ３ ０ ０ ８ ０ ）
摘 要 易切 削钢 与普 通Байду номын сангаас 素钢相 比 ， 具有优 良的切 削性 能和 良好 的表 面光 洁度 ， 介绍 了国 内外 易
切 削钢 的研 究现状 、 不 同 易切 削钢 种 类及 其 特 性 ， 并 对 其 研 究 前 景 进 行 了展 望 。 关 键 词 易切 削钢 ； 研 究现 状 ； 特 性
已系列 化 、 标 准化 。在 美 国的 Ａ Ｉ Ｓ Ｉ 及 Ｓ ＡＥ标准 中 ， 仅硫 系易切 削钢 就有 ３ Ｏ多种 ， 日本 Ｊ Ｉ Ｓ标准 中有 ２ ０
多种 ， 德 国 硫 系 易 切 削 钢 标 准 中有 １ ５种 以上 ｌ １ ］ 。
近年来 ， 由于意识 到铅 易切 削钢对 环境 的污 染 ， 各 国正在 积极开 展新 型不 含铅 的环保 型易切 削 钢 的 研究 ， 如 以铋 代铅 、 以锡 代铅 等 。 目前 ， 美 国一 家钢 铁公 司 已经 研 制 出一 种 以铋 代 铅 的不 含 铅 易 切 削 钢［ ３ ］ 。 日本 神户 公 司对 铋在 易切 削钢 中 的应 用 也进 行 了研究 ， 发 现铋 的加入量 不 到铅 的一半 ， 但铋 易切 削 钢在材 料 切 削性 及 可 锻 性 方 面 均 优 于 铅 易 切 削 钢［ ４ ］ 。Ｕｓ ｓ ／ Ｋ ｏ ｂ ｅ 成功研 制并 顺利 生产 了 ２ ０ ０ ｔ 含锡 易 切削钢 ， 日本爱 知 制钢 公 司 开 发成 功 号 称 当今 世 界 上切 削性 能最好 的无 铅 易切 削钢 ， 即镁 硫 钙 三元
削钢 ， 期 间两 次 审定 了易 切 削 钢标 准 （ ＹＢ １ ９ １ ） 。 １ ９ ８ ８ 年 制 订 了 我 国 首 部 易 切 削 钢 国 家 标 准 （ Ｇ Ｂ ８ ７ ３ １ ） ＿ １ ］ ， 并 于 ２ ０ ０ ８进 行 了 修 订 ，目前 ， 我 国
低碳高含硫钢易切削钢轧制技术应用
高的钢种之一ꎮ 国内市场上硫系易切削钢占总易切削钢量 ９０ %以上ꎬ主要用于汽车、仪器、机床、五金及标准件等
领域ꎬ市场发展前景极大ꎮ 韶钢特钢为了抢占市场先机ꎬ从加热工艺、轧制工艺和设备功能精度 ３ 方面攻关ꎬ解决
低碳高含硫钢易切削钢轧制难题ꎮ
关键词:１２１５ꎻ易切削钢ꎻ均热温度ꎻ轻压下工艺
中图分类号: ＴＧ３３５ ３ 文献标志码: Ｂ
中、精轧为第五代短应力轧机ꎬ平立交替布置于粗轧
１ ２５０ ℃ 内具有很好的塑性ꎬ可以顺利完成塑性变
为 １６０ ｍｍ × １６０ ｍｍ、２１０ ｍｍ × ２１０ ｍｍꎬ定尺长度为
司引进的 Ｄ１ １００ ｍｍ × ２ ５００ ｍｍ 二辊可逆式轧机ꎬ
收稿日期:２０１９ － ０７ － ３０ꎻ修订日期:２０１９ － ０８ － １２
硫系易切削钢氧化物和硫化物变性的分析
９２ ／ ８１ Ｔ一５．９ １
其中， 由式 （ ） （ ） １和 ２可得 ：
２ 钙处理 的夹杂物 组成
在 铝镇 静 钢 中 ， 添加 Ｃ 与 固态 Ａ２ ３ 生反 应 ａ １０ 发
３Ｃ ］ ［ １ ， ２Ａ ］３ ｃ Ｏ ［ ａ＋Ａ： ］ ［ １ （ ａ ） ０ ＝ ＋ ｌ Ｋ＝１ｇａ。 ＋ ｇａ， ３ｏ（ｃ ｏ ｓ３ｏ （ｃ ）２ｏ （Ａ － ｇａ ） ｇ ｏ Ｉ ） ｌ
Ｒ ＞１硫化物完全变性 ； ＞ ． ， Ｒ ０ ４～１硫 化物 ， 基本变性 ； ０ ～０ ， Ｒ ＞ ． ． 硫化物不完全变性 。 ２ ４
ｔ ａ ｄｗｉ ａ ｎ ／ ｒ Ｕｊ ｅ ｕ ｔ— ａａ ｅ ｒ ｔ ｔ Ｃ ｄ ｏ ｅｅ ｈ ａ ＲＥ ．Ｔ ｔ — ｏ ｈｇｎ ， ｓ
时 生成 Ｃ： 。 Ａ
［ ］ 常 开地。 １ 王坚． 转炉一 炉外精 炼一 连铸 生产的含硫非调质 易切 削高强度钢的切削・ ￣ ［］ Ｄ ＥＪ ． 工程 材料，０６３ － 机械 ２０， ０
（１： １） ８ ３
［］ 陈家祥． ２ 炼钢常用图表数据手册 ［ ］ Ｍ ． ： 北京 冶金工业版
社 ，９ ４ １８ 年
硫化物的形态和组成 由Ｃ Ｓ ｄ 比控制 ， 硫化物变 性指数 。 ： ４ ］
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７８ ６－７８ ７
业
参考文献
４ 钙处理的优化 实验
氧化物变性钙铝酸盐的形态和组成 由Ｃ Ａ 比 Ｍ １ 控制ｂ， ］ 其变性效果的关键是控制钙铝酸盐的生成
类型。依据 Ｆｕ ｉ 等的研究 ， ａｌｎ ｒｇ 应控制钢 中的【ａ 效 ｃ］ ／ 有
低碳高硫高磷易切钢Y15的试制
现钢坯 的 Ｍ Ｓ形态 基本 以椭 圆形 或纺锤形存在 。 ｎ
２ ６ 钢 中硫 含量 的控 制 ． Ｙ ５钢 的 硫 的 质 量 分 数 要 求 ０ ３ ％ ～ １ ．２ ０
Ｙ１ ５钢含 磷高 、 高 ， 硫 因此 钢 具有 热 脆 敏 感性
２ ２ 碳 含 量的控 制 ． Ｙ１ 于低 碳钢 。一 般 的低 碳 钢 在 冶炼 中最 ５属 终 成份 调整 后 ， 出钢及 浇 注 过程 中 ， 出现涨 碳 在 常
通常 钢 中的硫 、 、 作 为有 害元 素 要 求尽 可 磷 氧
现象 ； Ｙ ５钢 在 冶 炼 过 程 中碳 的行 为 同一 般 的 但 １
Ｙ ５是 典 型 的易 切 削钢 ， 保 证 钢 具 有 良好 １ 为
的切 削性 ， 夹杂 物形 态控 制 成 球 型 、 圆型 或 纺锤 椭
型有 利于 切 削 。据 有 关 资 料 介 绍 ， 中夹 杂 物 形 钢
态 的控制 与钢 中 氧含 量 的控 制 密 切 相 关 ， 当钢 中 氧 的质 量 分 数 控 制 在 （ ０ ３ ０±１０ ｐ ｍ 范 围 内， ０ ）ｐ 有
第 ３ １卷
第 ２ 期
黑 龙 江 冶 金
Ｖ Ｉ３ ｏ． １
Ｎｏ ２ ．
２０ １１ ６月 年
Ｈ ｉ ｎｊ ｎ Ｍｅ ｌ ｒｙ ｅ ｏｇ ａｇ ｌ ｉ ｔ ｌ ｇ ａｕ
Ｊ ｎ ｕｅ
２０ １１
低 碳 高 硫 高 磷 易 切 钢 Ｙ ５的试 制 １
李幼寰
（ 东北 特钢 集 团北满特 殊钢 有 限责 任公 司 ， 齐 哈尔 １ １４ ） 齐 ６ ０ １
冶炼 Ｙ１ ， 含 量 的控 制 是 一 个 比较 大 的 ５钢 锰 难题 。由于 Ｙ１ 的切 削性 能要 求 ， 望 钢 中含 ５钢 希
硫对316L不锈钢夹杂物和耐点蚀性的影响
硫对316L不锈钢夹杂物和耐点蚀性的影响陈德香;强少明【摘要】利用光学显微镜、扫描电镜和图像分析仪等手段,研究了硫含量对316L 不锈钢组织和夹杂物的影响,并利用氯化铁浸泡试验和电化学极化曲线研究了硫对316L不锈钢耐点蚀性的影响.结果表明,硫加入在316L钢中主要以硫化锰夹杂物的形式存在.随着硫含量的增加,钢中硫化物的级别和含量都逐渐增加,硫化物的分布越来越密集,当硫质量分数超过0.1％后,试样中的硫化物夹杂数量急剧增加.当硫质量分数达到0.199％后,钢中硫化物多以纺锤状存在,大量纺锤状硫化物细化了316L 钢的晶粒.316L不锈钢的点腐蚀失重速率随硫含量的增加而增加,点蚀电位逐渐下降,但当硫质量分数达到0.199％后,316L不锈钢点蚀电位有所回升,这可能与试验钢晶粒细化有关,有待进一步研究.【期刊名称】《宝钢技术》【年(卷),期】2019(000)003【总页数】7页(P20-26)【关键词】不锈钢;硫化锰;耐点蚀性;点蚀电位【作者】陈德香;强少明【作者单位】中国宝武钢铁集团有限公司新材料产业创新中心,上海201999;宝山钢铁股份有限公司中央研究院,上海201999【正文语种】中文【中图分类】TG142.25随着社会经济效益的需要,易切削不锈钢获得了迅速的发展和广泛的应用。
在不锈钢中加入适当的硫可改善其切削性能,降低工件的表面粗糙度,减轻磨损,提高刀具的寿命和生产效率。
但是硫的加入会带来一些不利影响,硫化物夹杂在钢材热加工过程中很容易被延展成长条状,造成钢塑性和韧性的各项异性,恶化钢的力学性能。
且硫化物夹杂会降低钢的耐腐蚀性能,尤其是耐点蚀性能[1-2]。
本文设计了不同硫含量的硫系易切削奥氏体不锈钢316LB,研究了硫对其组织、夹杂物和耐点蚀性的影响。
1 试验材料与研究方法1.1 试验材料试验选用的材料为大生产中取样的316L热轧板和四种不同硫含量的316LB奥氏体不锈钢,分别记为0#、1#、2#、3#和4#,表1列出了其化学成分。
低碳高硫易切削钢冶炼工艺分析
低碳高硫易切削钢冶炼工艺分析李洪波;曾四宝;王芳【摘要】通过在电炉炉后和精炼炉采用硅锰合金或锰铁合金脱氧,将钢中自由氧含量控制在100×10-6以上,电炉炉后采用硫磺粉增硫,精炼炉采用硫铁矿或硫线补硫,将钢中硫含量控制在0.35%～0.41%、Mn/S≥3.0,山东石横特钢生产了1215Hs 低碳高硫易切削钢,钢中硫化物形态为球形或纺锤形,切削性能良好,完全满足下游用户使用要求.【期刊名称】《山东冶金》【年(卷),期】2010(032)002【总页数】2页(P55-56)【关键词】1215HS钢;易切削钢;低碳高硫;脱氧;硫化物形态【作者】李洪波;曾四宝;王芳【作者单位】山东石横特钢集团有限公司,山东,肥城,271612;山东石横特钢集团有限公司,山东,肥城,271612;山东石横特钢集团有限公司,山东,肥城,271612【正文语种】中文【中图分类】TG142.41硫易切削钢主要用于制作受力较小而对尺寸和光洁度要求较严格的零件，具有生产成本低和使用前景广泛等优点。
虽然含硫易切削钢的生产工艺还有许多需研究的地方，但如何将硫化物控制到理想的球形或纺锤形形态，获得良好切削性能是其技术的关键。
山东石横特钢通过炉后脱氧、增硫以及Mn/S的控制等工艺，开发生产了1215HS低碳高硫易切削钢，其切削性能良好，表面光洁度高，完全满足了用户需要。
工艺流程：70t电炉→70t LF精炼炉→60t VD炉→R9m弧形连铸机→铸坯精整。
易切削钢中硫化物形态、数量、大小以及分布对钢的切削性能有较大的影响。
根据钢中硫化物形成的机理不同，将硫化物分为3类：Ⅰ类硫化物（Fe、Mn）S是一种颗粒相当大（30~100 μm）的球状夹杂物，常与氧化物复合成氧硫化物，析出Ⅰ类硫化物的最显著特征是氧含量要达到一定数量（一般是钢液的游离氧含量达到120×10-6以上，全氧达到250×10-6以上），因此在沸腾钢或硅锰脱氧的半镇静钢中产生大量Ⅰ类硫化物；Ⅱ类硫化物（MnS）在铸坯金相观察时多以薄膜或扇形存在，该种硫化物是在用铝脱氧但又无过多的其他合金元素（C、Cr、Si）的镇静钢中出现；Ⅲ类硫化物是在过量铝脱氧的钢中出现，或者在高硫、高硅、高锰铝钢中出现［1］。
易切削钢介绍及各元素起的作用
易切削钢易切削钢(free cutting steel) 在钢中加入一定数量的一种或一种以上的硫、磷、铅、钙、硒、碲等易切削元素，以改善其切削性的合金钢。
又称自动机床加工用钢，简称自动钢。
这类钢可以用较高的切削速度和较大的切削深度进行切削加工。
由于钢中加入的易切削元素，使钢的切削抗力减小，同时易切削元素本身的特性和所形成的化合物起润滑切削刀具的作用，易断屑，减轻了磨损，从而降低了工件的表面粗糙度，提高了刀具寿命和生产效率。
筒吏第一次世界大战期间(1914 ~ 1918年)，美国人首先发现硫在钢中对改善切削性的作用，生产出自动机床用硫系低碳易切削钢，后来英、苏、德、日、法等国也相继生产自动机床用硫系易切削钢并逐步使之系列化。
硫系易切削钢的产量大，用途广，许多新型易切削钢也是以硫系为基础发展起来的。
约在1932 年后，人们受到切削性异常优越的铅黄铜的启发，开始研制含铅的易切削钢。
因铅有剧毒，当时在冶炼和安全防护等方面的技术问题还没有解决，直到1937 年美国研制出含铅易切削钢。
1958 年，日本引进此种技术并开始研制新的铅易切削钢，到1975 年日本公布的含铅易切削钢专利就有25 项之多。
前苏联是在70 年代初才开始生产铅易切削钢随着机械切削加工不断向自动化、高速化和精密化方向发展，对材料的切削性提出更高的要求，于是出现了切削性更佳的铅一硫复合易切削钢，又称为超易切削钢。
此后各种铅一硫二元和多元复合易切削钢陆续问世。
碲作为易切削元素用于易切削钢，首先出现在1932 年的专利中。
1961 年美国研制成功一种含碲易切削钢，它是硫一铅一碲多元复合易切削钢，其切削性非常优异，可与易切削黄铜比美。
由于硒与碲的性能和作用相近，故经常被交替使用或同时加入钢中。
自60 年代起，人们又从另一途径来研究改善钢的切削性，即加入某种脱氧元素，以生成所需要的脱氧产物——有利夹杂，在日本将此称为脱氧调整型易切削钢。
前联邦德国于1964 年首先提出用钙脱氧的钙易切削钢专利，3 年后被日本引入并正式生产，它最适于用TiC 的硬质合金刀具，进行高速切削，可显著提高生产率，降低工具消耗。
易切削钢简介及其分类
易切削钢简介及其分类易切削钢指的是具有优良切削加工性能的钢材，也叫易车铁或快削钢。
这种钢材可以用较高的切削速度和较大的切削深度进行切削加工。
其切削性能的提高主要是通过往钢中单独或复合加入易切削元素而实现。
由于钢中加入了易切削元素，钢的切削抗力减小，同时易切削元素本身的特性和所形成的化合物又起到润滑切削刀具的作用，易断屑，减轻了磨损，从而降低了工件的表面粗糙度，提高了刀具寿命和生产效率。
易切削钢的分类方法有三种：①根据含易切削元素的不同，可分为硫易切削钢、铅易切削钢、钙易切削钢、钛易切削钢以及复合易切削钢。
常用的易切削元素：S、P、Pb、Ca、Mg、Sn、Ti、Se、Te、Bi、Zr、Re……其中磷、硫、铅最为常见。
②根据用途的不同，易切削钢又分为自动机用钢（自动钢）、结构用易切削钢和特殊易切削钢（耐热钢、不锈钢、工具钢等）。
自动机用钢因多采用自动机床加工成零件而得名。
这类钢要求切削性能比要求力学性能要高，多数为低碳钢，含碳量约为0.05%~0.10%，含硫量约为0.20%~0.40%，最高可达0.60% 。
主要用于制造负荷较小的零件，如螺钉、螺帽等标准件，及不太重要的通用机械零件等。
结构用易切削钢对力学性能要求较高，而对切削性能要求相对较低，多用于制造负荷较大并且毛坯需要切削加工的重要零件。
这类钢种多为中低碳合金结构钢和中碳结构钢，在此基础上加入硫或其他易切削元素，在保证力学性能的前提下改善切削性能。
实际生产活动中碰到的易切削钢，基本上指的是自动机用钢和结构用易切削钢；特殊易切削钢的易切削性能只是辅助的特性之一，名称之中不再明示易切削，而以其主要特性或用途命名。
比如303是在304的成分基础上加入了硫，较之304，切削性有很大的改善，但是303仍然叫不锈钢，而不特别称为易切削钢。
③根据易切削性能的不同，又可分为一般易切削钢，超易切削钢等。
超易切削钢是复合易切削钢。
以硫-铅、硫-磷-铅-碲、钙-硫复合时，易切钢切削性能最佳，被称为“超易切削钢”。
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削温度，从而极大地改善了切削性能【４Ｊ。目前国际 上尚未发明一种可以完全替代铅系易切削钢并能实 现产业化生产的环保型低碳易切削钢：欧美日等发 达国家虽然实现了低碳硫系易切削钢的产业化和标 准化生产，但硫系易切削钢的力学性能和切削性能 与铅系易切削钢的性能相比仍然还存在较大差距。 国内一些厂家开发的硫系易切削钢切削性能不佳，
化物夹杂的形状、大小、分布的影响规律。系统研究车削过程中切削力、刀具磨损、工件表面粗糙度、切屑变形
和断屑性能，揭示了新型易切削钢的切削机理及各元素对材料可加工性的影响规律。试验结果表明，硫化物夹杂
长宽比小、形状大、分布均匀，并且密集的材料切削加工性能好；材料中硫元素质量分数增加可以提高刀具寿命；
采用Ａｌ、ｓｉ进行脱氧时应合理控制其质量分数，脱氧剂使用过多不仅对硫化物形态的控制不利而且容易形成很多
第４３卷第９期 ２００７年９月
机械工程学报
ＣＨＩＮＥＳＥ ＪｏＩⅡｉＮＡＬ ０Ｆ Ｍ匝ＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
ｖ０１．４３ Ｎ０９
ｓ印．
２００７
新型低碳硫系易切削钢切削性能试验‘
陈明刘钢张晓辉沈中杨贵军
（上海交通大学机械与动力工程学院上海２００２４０）
摘要：以几种最新开发的低碳高硫易切削钢材料为对象，通过对材料显微组织的分析得出其主要元素对材料中硫
这５类低碳硫系易切削钢是全新易切削钢材 料，用来替代目前市场上的含铅系列易切削钢，以 达到环保要求。这５类材料的铁素体和珠光体质量 分数超过９９％，贝氏体质量分数不到１％，具有相 当的物理性能，试验用易切削钢的物理性能如表３ 所示。而宝钢股份特殊钢分公司一上海交通大学切 削技术研究中心之前所进行的参数优化试验也证明 这５类材料具有相同的优化切削参数，本文所用的 加工参数即为优化试验参数：切削速度２００ ｍ，ｍｊｎ，
材料编号 １ ２ ３
硫化物长宽比五
３．９８ ５ ８７ ４ ７４
材料编号 ４ ５
硫化物长宽比五
３ ７８ ５ ７５
由这些材料硫化物夹杂的形态并结合表１，可 知Ｍｎ，Ｓ的质量分数在２．２％或者３．５％左右时硫化物 夹杂的长宽比较小。
１号和５号的Ｍｎ／ｓ很接近，但５号材料的硫化 物长宽比要大得多。原因是５号材料中含ｓｉ最多， Ｓｉ是材料中的脱氧剂，所以５号钢脱氧比较充分， 使钢中氧质量分数减少，材料中脱氧程度影响ＭⅡｓ 的形态，故此导致了此材料中硫化物长宽比较大。 钢中的氧质量分数的增大，可形成（Ｍｎ，Ｆｅ）（ｓ，Ｏ）氧 硫化物。此外氧的溶入显著降低了ＭｎＳ的变形能 力，使夹杂物轧制后的长宽比较小，因此保留材料 中适当的氧质量分数对控制硫化物夹杂形状有利。３ 号、４号的Ｍ“ｓ相同，但硫化物长宽比差别较大。 这可能与Ｎｂ、ｓｎ、Ｓｂ等微量元素之间的差异有关。 另外，由于２号材料中Ｃ的质量分数最小，材料的 珠光体质量分数也相对较小。 ２．２切削力
表６所示为切削材料的切削力对比。由表６可 知，２号的切削力最大，其他材料的切削力相对较
产生切削力差异的主要原因与材料中硫化物 夹杂的形态密切相关，硫化物（Ｍｎｓ）的弹性模量比 基体约低５０％，而且剪切变形的屈服一塑性流变也 远低于基体，而在切削过程中所产生的大量切削热 也使这种差异更加明显。
切削过程中，由于切削力的作用，会引起不同 程度的应力集中，而夹杂物起到应力集中源的作用。 夹杂物对塑性变形或位错运动的阻碍作用，迫使夹 杂物的某些部位产生裂纹，并诱发更多显微裂纹， 这些裂纹在应力集中源中间穿过并扩展开来，导致 第一变形区变窄，剪切角增大，降低了切削力。硫 化物夹杂越多，相当于在基体材料中的显微缺陷越 多，故此硫化物夹杂尺寸越太数量越多，其切削加 工性能也越好。如表４所示，ｌ号材料的硫化物颗 粒较大，而４号材料的硫化物分布密集且均匀，因 此切削加工时的切削力较小。同时，碳化物形成元 素Ｃｒ能使钢的强度和硬度都提高，切削加工难度加 大；由表ｌ可见，２号材料ｃｒ质量分数最大，这是 导致该材料切削力大的原因之一。 ２．３刀具磨损
前刀面的磨损形貌。从前刀面切屑过的痕迹来看，２ 号材料的刀一屑接触长度较大，这与切削力分析结
相比之下其他材料的ｓｉ质量分数都较少，硫化物夹 杂对这些材料的氧化物硬质点起到了包裹作用，所
果相一致。从而验证了４号材料的硫化物降低了加
以磨料刻划作用不是很明显。图２所示为加工２号、
工过程中第二、三变形区的摩擦，最终减轻了刀具 ５号材料刀具圆弧处的磨损形貌，很明显可以看出
量生产硫系易切削钢，２０世纪６０年代开始试制 硫一磷系、铅系和硒系易切削钢，２０世纪７０年代 后开始生产钙系及钛系含稀土易切削钢。目前，我 国市场上使用的低碳系列易切削钢大部分为铅系易 切削钢。铅系易切削钢在冶炼、加工、使用乃至回 收利用各环节都存在不同程度的重金属污染问题， 并且该材料主要用来装备与人们生活环境息息相关 的设备，如汽车、家用电器、打印机等，铅对人体
表７为切削材料的刀具后刀面磨损对比。可以 看出，在相同的加工时间３０ｍｉⅡ内，加工２号材料 的刀具磨损最大，而加工４号材料的刀具磨损最小。 造成这种现象的原因可以从以下两个方面分析。
表７切削材料的刀具后刀面磨损对比
材料编号
后刀面磨损Ｐ铀
０ ０９８ ７５ ０．１北７８
０．１１０ ７７
０呻４ ７８ ０．１２０ ３８
的磨损，而加工２号材料的最大刀一屑接触长度成 加工５号材料时硬质点在刀片上留下的划痕，而没
为其刀具磨损严重的主要原因之一。
在加工２号材料的刀片上发现。
●
表８车肖ｑ材料的进给力与切削力的比值
材料编号
进给力与切削力的比值目丘
０ ７３５ ８４
０ ８６０ ７ｌ
０ ７９７ ５４
Ｏ．５７８ ３ｌ
０ ６３５ ９８
元素
一
ｌ试验条件及内容
第４３卷第９期
塑兰一
一一
本次试验首先采用ＪＥＯＬ ＪｓＭ．６４６０扫描电镜 对材料的显微组织拍摄背散射电子图像，进而分析 硫化物形态。车削加工试验中检测以下指标：切削 力、刀具磨损和工件表面粗糙度以及切屑变形系数。 试验在ＩＮＩ）Ｅｘ Ｇ２００高速车削加工中心上完成；通 过Ｋｉｓｔｌｅｒ测力系统测量车削力；通过Ｎｉｋｏｎ显微系 统现场拍摄照片以便对后刀面的磨损进行分析；通 过ＪＢ．３Ｃ表面粗糙度仪测量加工表面粗糙度；利用
健康的威胁也几乎无所不在。在过去的十多年中， 尽管各钢厂也采用了一定的措施来解决铅中毒问 题，但仍难满足人们对环境愈来愈苛刻的要求。欧 美日等发达国家已经立法规定，从２００６年开始严格 控制铅系易切削钢的使用领域【ｌ“，由此可见，在不 远的将来铅系易切削钢将逐渐退出历史舞台。
铅系易切削钢的生产已有数十余年的历史，由 于铅的高密度、低熔点、高挥发性特点，在钢中以 均匀分布的单质金属状态存在，不与钢发生化学反
易切削钢于２０世纪２０年代在美国首次研制开 发成功并正式生产，至今已有８０多年的历史；２０ 世纪４０年代以后，日本、英国、法国及原苏联等国 家也相继生产和使用易切削钢。目前。全世界平均 每年约消耗易切削钢４００多万吨，而且主要集中在 发达国家，仅美国和日本就占消耗量的一半以上。 我国从２０世纪５０年代开始按原苏联标准引进并批
万方数据
机械Байду номын сангаас程学报
第４３卷第９期
可以看出，加工２号材料的腿值最大，而加工４ 的机械刻划作用明显而导致刀具磨损加剧。５号材
号材料时该值最小，这与刀具后刀面磨损量基本呈
料的ｓｉ质量分数最大，差不多是其他材料５倍，形
相似的规律。图１所示为加工２号、４号材料刀具 成的硬质点也最多，因此对刀具的磨损作用很大。
·国家自然科学基金瓷助项目（５０６７５１３４）．２００６嘴２３收到初稿ｒ ２００７０５２３ 收到修改稿
易切削钢的横向力学性能显著降低，加剧钢材的各
向异性。文献【５—６仲提出了易切削钢相Ｍｎｓ的形态
万方数据
机械工程学报
在降低切削力、改善刀具磨损和减小加工表面粗糙 度方面的作用。
鉴于硫化物形态对易切削钢力学性能和切削 性能的诸多影响。本文以上海宝钢股份有限公司面 向市场而研发的一系列新型低碳硫系易切削钢为试 验对象，对其进行显微组织分析，得出了主要元素 对材料中硫化物夹杂的形状、大小、分布的影响。 并进行大量系统的切削试验，从切削力、刀具磨损、 工件表面粗糙度以及切削变形系数等方面，揭示易 切削钢主要元素对材料可加工性的影响。
ＪＥｏＬ ＪＳＭ一６４６０扫描电镜（Ｓｃ锄ｉｎｇ ｅｌｅｃ仃ｏｎ ｍｉｃｒｏ－
ｓｃｏｐｅ，ｓＥＭ）对刀具的磨损机理进行分析；采用 Ｋｅｖｅｎｃｅ光学金相显微镜对切屑进行微观分析，并 用专用图形软件测量切屑横断面的宽度。
试验所使用的车刀刀片的刀尖圆弧半径０４ ｒｍ，
棱角５５。，基体为韧性和强度较好的硬质合金并与
Ｍｎｓ夹杂物作为应力集中源，割断了基体的连续性 而使切屑易断，又由于ＭⅡＳ的润滑作用而降低了 刀具的磨损，从而改善了钢材的切削加工性能。但 是硫系易切削钢切削加工时，ＭｎＳ夹杂物不具有铅 那样的熔融金属脆断效果，故此硫系易切削钢的切 屑处理性仍不如铅系易切削钢。虽然增加钢中硫的 质量分数后可以使其切削性能得到进一步改善，但 是进一步提高钢中硫质量分数，就会在轧制方向增 加ＭｎＳ夹杂物。Ｍｎｓ在热轧过程中沿着轧制方向 伸长，会降低垂直于轧制方向的延性和韧性，使硫
ＴｉｃＮ、薄Ａ１２０３、谢涂层结合，该类刀具为宝钢
股份特殊钢分公司一上海交通大学切削技术研究中 心市场调查报告结果中所提供的切削易切削钢的最 常用的刀具之一，试验材料共５种，是上海宝钢股 份有限公司面向市场而研发的一系列新型低碳硫系 易切削钢，在宝钢股份特殊钢分公司～上海交通大 学切削技术研究中心进行切削性能评测，目前已经 大规模量产推广。试验用易切削钢化学成分的质量 分数如表１所示，试验用易切削钢的相当牌号如表 ２所示。
首先，各材料切削过程中刀一屑接触长度不同 是其刀具寿命不同的原因之一，刀一屑接触长度过 大会导致切削过程中摩擦力的增大，使得刀具迅速 磨损。文献［９】指出，在相同的加工条件下切屑一刀