易切削鋼

科技名詞定義

中文名稱：易切削鋼英文名稱：free-cutting steel;freemachining steel定義：加入某些元素使其切削性能改善的鋼。應用學科：機械工程（一級學科）；切削加工工藝與設備（二級學科）；切削加工工藝與設備一般名詞（三級學科）

以上內容由全國科學技術名詞審定委員會審定公

幾個主要國傢易切削鋼的化學成分

易切削鋼(free cutting steel)在鋼中加入一定數量的一種或一種以上的硫、磷、鉛、鈣、硒、碲等易切削元素，以改善其切削性的合金鋼。又稱自動機床加工用鋼，簡稱自動鋼。這類鋼可以用較高的切削速度和較大的切削深度進行切削加工。由於鋼中加入的易切削元素，使鋼的切削抗力減小，同時易切削元素本身的特性和所形成的化合物起潤滑切削刀具的作用，易斷屑，減輕瞭磨損，從而降低瞭工件的表麵粗糙度，提高瞭刀具壽命和生產效率。

　　約在1932年後，人們受到切削性異常優越的鉛黃銅的啟發，開始研制含鉛的易切削鋼。因鉛有劇毒，當時在冶煉和安全防護等方麵的技術問題還沒有解決，直到1937年美國研制出含鉛易切削鋼。1958年，日本引進此種技術並開始研制新的鉛易切削鋼，到1975年日本公佈的含鉛易切削鋼專利就有25項之多。前蘇聯是在70年代初才開始生產鉛易切削鋼。

發展

　　隨著機械切削加工不斷向自動化、高速化和精密化方向發展，對材料的切削性提出更高的要求，於是出現瞭切削性更佳的鉛一硫復合易切削鋼，又稱為超易切削鋼。此後各種鉛一硫二元和多元復合易切削鋼陸續問世。

易切削元素

碲

　　作為易切削元素用於易切削鋼，首先出現在1932年的專利中。1961年美國研制成功一種含碲易切削鋼，它是硫一鉛一碲多元復合易切削鋼，其切削性非常優異，可與易切削黃銅比美。由於硒與碲的性能和作用相近，故經常被交替使用或同時加入鋼中。

鈣脫氧

　　自60年代起，人們又從另一途徑來研究改善鋼的切削性，即加入某種脫氧元素，以生成所需要的脫氧產物——有利夾雜，在日本將此稱為脫氧調整型易切削鋼。前聯邦德國於1964年首先提出用鈣脫氧的鈣易切削鋼專利，3年後被日本引入並正式生產，它最適於用TiC的硬質合金刀具，進行高速切削，可顯著提高生產率，降低工具消耗。在日本已成為汽車、拖拉機制造業中用量相當大的一種易切削鋼。

鈦脫氧

　　從60年代後期開始，又研究瞭加鈦脫氧的易切削鋼。1973年日本首先發表瞭以鈦脫氧的鈦一硫復合易切削鋼專利，近幾年，在日本等少數國傢已開始試用。

發展

　　易切削鋼生產發展很快，品種和牌號數量不斷增加，產量逐漸上升。在美國、日本、英國、前聯邦德國、前蘇聯五國易切削鋼標準中，多者有31個鋼號(AISI)，少者有7個鋼號(FOCT)。品種已經擴大到扁鋼和管易。易切削鋼產量以日本最多，增加速度也最快。1965年接近10萬t，到瞭1985年達到瞭100萬t左右，其中硫系占64．4%。日本生產的易切削鋼約有40%～46%消耗在汽車制造業，產業機械消耗約10%，傢庭用品和其他消耗約6%。

中國應用

　　中國從20世紀50年代開始生產硫系易切削鋼(主要是低碳自動機床加工用鋼)，1975年又審訂瞭易切削鋼的新標準GBl91-75。從70年代起，開始試生產鈣系和鈦系易切削鋼。但是對生產中需要特殊防護，以消除公害的含鉛、硒或碲的易切削鋼，卻一直未正式生產。從1977年開始，中國又研究瞭含稀土易切削鋼。

分類

　　按所含易切削元素可分為：

(1)硫易切削鋼

　　硫在鋼中與錳和鐵形成硫化錳夾雜，這類夾雜物能中斷基體金屬的連續性，在切削時促使斷屑形成小而短的卷曲半徑，而易於排除，減少刀具磨損，降低加工表麵粗糙度，提高刀具壽命。通常鋼的被切削性隨鋼中硫含量的增多而增高。但鋼的縱向和橫向的力學性能差別大，橫向塑、韌性差，疲勞及耐蝕性能也有所降低。鋼中硫含量過高時，會導致熱脆性，對鋼的熱加工造成困難，惡化鋼的力學性能。通常硫含量為0．08%～0．30%，有的可提高到0．4%，易切削工具鋼和不銹鋼中的硫含量均應在0．06%～0．10%之間。

　　磷多與硫復合加入鋼中，通常磷含量在0．04%～0．12%，磷固溶於鐵素體中會提高硬度和強度，降低韌性，使切屑易於折斷和排除，從而獲得良好的加工表麵粗糙度，但磷含量過高會顯著降低塑性，提高硬度，反而對鋼的切削性起有害作用。

(2)鉛易切削鋼

　　鉛在鋼中呈細小金屬顆粒形態，均勻分佈或附著於硫化物的周圍。由於鉛的熔點較低，切削時融熔滲出起潤滑作用，降低摩擦，提高切削性，但並不影響常溫力學性能。鋼中鉛含量一般在0．10%～0．35%。因為鉛的比重大，如含量過高，容易引起嚴重的偏析並形成大顆粒夾雜物，反而降低鉛對切削加工的有利作用。鉛和硫復合加入低碳結構鋼中，改善鋼材被切削的效果更為顯著。

(3)鈣易切削鋼

　　鋼中鈣與鋁、矽結合形成低熔點的復合氧化物(主要是CaO·Al2O3·SiO2)，高速切削時，鈣系氧化物附著於切削工具表麵起潤滑和減摩作用，從而提高刀具的使用壽命。如果同時含硫、鉛等元素，它們的復合作用會使切削效果更好。

　　80年代以來隨著切削工具的改進，在鈣易切削鋼上塗有T|N塗層的工具，對於工具費用高的滾齒刀、插齒刀等齒輪加工工具，有顯著效果。

(4)硒、碲、鉍易切削鋼

　　碲、鉍含量約為0．03%～0．10%，硒的含量可達0．15%。硒以硒化物如FeSe、MnSe等形態存在於鋼中，其作用與硫相似，對於既要求高的切削性，又要求較好塑性的鋼，在鋼中加硒要比硫好。碲可單獨加入，也可與鉛或硫同時加入鋼中，形成復合夾雜物，以降低切削抗力和切削熱，使切屑容易排除，顯著提高鋼的切削性，得到良好的加工表麵粗糙度，不過加碲後會使鋼的塑性、韌性稍有降低。硒和碲一般多用於合金鋼。鉍在鋼中的作用與鉛相似，呈細小的金屬顆粒夾雜物，均勻分佈或附著於硫化物周圍。

其他元素影響

　　其他元素鋼切削性的影響在易切削鋼中除上述易切削元素外，其他元素也對鋼的切削性有一定影響：(1)碳。鋼中碳含量的高低與鋼材的切削性能有關。碳含量過低，組織中會出現大量鐵素體，鋼的硬度和強度很低，切屑易粘著於刀刃上形成刀瘤，加之切屑是撕裂斷落，使切削性下降，加工表麵粗糙度很高。碳量過高，組織中珠光體量增多，硬度及強度提高，使切削抗力增大，切削性變壞。易切削結構鋼中碳含量以0．15%～0．25%為宜。(2)錳。鋼中錳與硫形成硫化錳夾雜，使切屑易於斷裂，改善鋼的切削性，還能消除或減弱因硫所引起的熱脆性。因此，在易切削鋼中應保證錳含量在0．60%～1．60%之間，並保持適當的Mn/S的比值。(3)矽和鋁。矽和鋁都對鋼的切削性起有害作用。矽部分固溶於鐵素體中，提高鋼的硬度，使切削加工困難。而且矽在鋼中與氧結合形成硬度較高的氧化矽夾雜物，使刀具的磨損增加，使用壽命降低。故易切削鋼中矽含量宜低。鋁一般作為脫氧劑加入鋼中，大部分與氧結合生成細小脆硬的氧化鋁夾雜，增加刀具的磨損。矽和鋁加入鋼中還會降低鋼的氧含量，使硫化物夾雜呈細長條狀分佈，惡化鋼的切削性。(4)氧和氮。氧在鋼中一般是有害的，因為它降低鋼的力學性能，但易切削鋼中氧含量增高，會使硫化物呈紡錘形分佈，改善鋼的切削性。氮雖能提高鋼的強度，但增加脆性，切削加工時會形成短碎的斷屑。鋼中含微量氮(≤0．002%)時對切削性和工件表麵質量起有利作用，但含量過高時，鋼的強化作用增大，對刀具壽命不利。

化學成分

　　生產工藝易切削鋼可在各種煉鋼爐中冶煉，但低碳的硫易切削鋼宜用轉爐冶煉，硫的合金化是在盛鋼桶或熔池中加入硫或硫化鐵進行的，所用錳鐵以低矽和低碳者為宜。如無特殊要求，應盡量降低鋼中矽含量，以改善鋼的切削性，並要進行充分脫氧，防止產生發紋。在冶煉過程中產生的硫、鉛等有害氣體，必須用強力通風裝置排除，並應有防治污染環境等設施處理。易切削鋼中含硫較高時，會有熱脆傾向，不利熱加工，應予註意。冷加工時力求外形尺寸精確，表麵質量良好，以改善在自動機床上切削加工性能。