高錳鋼的切削加工性

(ZGMn13)

什么是高錳鋼（Highmanganesesteel

）？錳含量約為11%～18%的鋼稱高錳鋼。常用的鑄造高錳鋼ZGMn13的化學(xué)成分為:Mn

含量11%～14%,C含量1.0%～1.4%,Si含量0.3%～1.0%,P含量<0.03%,S含量<0.05%.高錳鋼是一種耐磨鋼,經(jīng)過水韌處理的高錳鋼可以得到較高的塑性和沖擊韌性。高錳鋼具有很高的耐磨性,雖然它的硬度只有HB210,但它的屈服點(diǎn)σs

較低,只有抗拉強(qiáng)度σb的40%,因此具有較高的塑性和韌性.高錳鋼在受到外來壓力和沖擊載荷時(shí),會(huì)產(chǎn)生很大的塑性變形或嚴(yán)重的加工硬化現(xiàn)象。高錳鋼金相組織高錳鋼的切削加工特點(diǎn)：加工硬化嚴(yán)重切削力大切削溫度高斷屑困難尺寸精度不易控制切削高錳鋼的合理方法：一、通過熱處理改善切削加工性二、合理選擇切削刀具的刀具材料三、合理選擇刀具幾何參數(shù)四、合理選擇切削用量切削前的熱處理改善高錳鋼的切削性能可以通過高溫回火來實(shí)現(xiàn)。將高錳鋼加熱600-650oC保溫2h后冷卻，使高錳鋼的奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)樗魇象w組織，其加工硬化程度顯著降低，加工性能明顯改善。加工完成的零件在使用前應(yīng)進(jìn)行淬火處理，使其內(nèi)部組織重新轉(zhuǎn)變?yōu)閱我坏膴W氏體組織。切削刀具的刀具材料高錳鋼屬難加工材料，對刀具材料要求較高。一般來說，要求刀具材料紅硬性高，耐磨性好，有較高的強(qiáng)度，韌性和導(dǎo)熱系數(shù)。切削高錳鋼可選用：（1）硬質(zhì)合金刀具（2）金屬陶瓷刀具（3）CN25涂層刀片或CBN（立方氮化硼）刀具。刀具幾何參數(shù) 高錳鋼具有較高的塑性和韌性,加工硬化嚴(yán)重,切削溫度高,斷屑困難,容易造成崩刃,因此合理選擇刀具的幾何參數(shù)尤為重要。前后角主副偏角刃傾角前角與后角

切削高錳鋼時(shí),為了減輕加工硬化,要求刀具保持鋒利.但一般不可以采用大前角,因?yàn)榍敖谴蟛焕诒ＷC刃口強(qiáng)度和改善散熱條件.常采用較小前角或負(fù)前角及較大后角,但后角太大也會(huì)削弱刃口強(qiáng)度引起崩刃。采用硬質(zhì)合金刀具時(shí)，γ0=-3°～3°，α0=8°～12°；采用陶瓷刀具時(shí)，γ0=-5°～-10°,α0=5°～10°。粗車時(shí)取小值,精車時(shí)取大值。返回主偏角與副偏角

切削高錳鋼時(shí),主偏角應(yīng)小些,這樣可以增加刀具散熱面積和刀尖強(qiáng)度,副偏角也不宜過大。選用硬質(zhì)合金刀具時(shí),一般取κr=25°～45°,κr，=10°～20°。工藝系統(tǒng)剛性好時(shí)取小值,反之可適當(dāng)加大主偏角和副偏角。選用陶瓷刀具時(shí),主偏角還可大些,一般取κr=45°～60°,精車時(shí)可取κr=60°～90°。返回刃傾角

為了保持刀尖部分的強(qiáng)度，切削高錳鋼時(shí)一般應(yīng)選擇負(fù)刃傾角。選用硬質(zhì)合金刀具時(shí)，λs=-5°～0°。選用陶瓷刀具時(shí)，λs=-10°～-5°。刀尖圓弧半徑

切削高錳鋼時(shí),不論采用何種刀具材料,刀尖部分都應(yīng)修磨出較大的圓弧半徑,以加強(qiáng)刀尖強(qiáng)度,提高刀具耐用度.一般粗車時(shí)rε=1～2mm;半精車時(shí)rε=0.5～1mm;精車時(shí)rε=0.2～0.5mm。工藝系統(tǒng)剛性好時(shí)取大值,反之取小值。刃口倒棱

為了保證刃口有足夠的強(qiáng)度,減少崩刃現(xiàn)象,一般應(yīng)將刃口修磨出負(fù)倒棱.硬質(zhì)合金刀具倒棱寬度bγ1=0.2～0.8mm,倒棱前角γ01=-10°～-5°;如采用陶瓷刀具,bγ1=0.2mm,γ01=-20°。切削用量選擇高錳鋼的切削加工性很差,為了維持一定的刀具耐用度,切削速度應(yīng)低些。采用硬合金刀具時(shí),Vc=20～40m/min,其中,較低的速度用于粗車,較高的速度用于半精車和精車。采用陶瓷刀具時(shí),可以選用較高的切削速度,一般Vc=50～80m/min

。4.高錳鋼在切削過程中,由于塑性變形和切削力的影響,切削層及表層下一定深度范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的加工硬化現(xiàn)象。為了使刀尖避開毛坯表層和前一次走刀造成的硬化層,應(yīng)選擇較大的切削深度和進(jìn)給量。5.一般粗車時(shí)αp=3～6mm，f=0.3～0.8mm/r；大件粗車時(shí)可取αp=6～10mm;半精車時(shí)αp=1～3mm；f=0.2～0.4mm/r；精車時(shí)口αp

≤1mm；f≤0.2mm/r。高錳鋼切削方法的新進(jìn)展

(1)加熱切削法 加熱切削是把工件的整體或局部通過各種方式加熱到一定溫度后再進(jìn)行切削加工的一種方法。

實(shí)驗(yàn)證明,用等離子加熱車削高錳ZGMn13,刀具耐用度明顯提高,換刀次數(shù)顯著減少,效率提高5倍左右;加工后表面金相組織無變化,也無加工硬化。(2)磁化切削法：磁化切削是使刀具或工件或兩者同時(shí)在磁化條件下進(jìn)行的切削方法。形式：1將磁化線圈繞于工件或刀具上,在切削過程中給線圈通電使其磁化2直接使用經(jīng)過磁化處理的刀具進(jìn)行切削。效果：磁化切削可使工件表面粗糙度值減小,刀具耐用度明顯提高。(3)低溫切削法：低溫切削是指用液氮(-186℃)、液體CO2(-76℃)及其他低溫液體切削液,在切削過程中冷卻刀具或工件,以保證切削過程順利進(jìn)行。效果：控制切削溫度,減少刀具磨損,提高刀具耐用度,提高加工精度、表面質(zhì)量和生產(chǎn)率。結(jié)束車削ZGMn13的刀具磨損曲線硬質(zhì)合金刀具切削高錳鋼ZGMn13實(shí)例銑削ZGMn13的刀具磨損曲線結(jié)束水韌處理： 所謂水韌處理,就是把鋼加熱到1000℃～1100℃,保溫一段時(shí)間,使鋼中的碳化物全部溶入奧氏體中,然后迅速冷卻,使碳化物來不及從奧氏體中析出,從而保持了單一的均勻的奧氏體組織.返回鐵碳合金相圖高錳鋼在切削過程中，由于塑性變形大，奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)晶粒的馬氏體組織，從而產(chǎn)生嚴(yán)重的硬化現(xiàn)象。加工前硬度一般為HBS200～220，加工后表面硬度可達(dá)HBW450～550，硬化層深度0.1～0.3mm，其硬化程度和深度要比45號鋼高幾倍。嚴(yán)重的加工硬化使切削力增大，加劇了刀具磨損，也容易造成刀具崩刃而損壞。返回 由于切削功率大，產(chǎn)生的熱量多，而高錳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)比不銹鋼還低，只有中碳鋼的1/4，所以切削區(qū)溫度很高。當(dāng)切削速度vc<50m/min時(shí)，高錳鋼的切削溫度比45號鋼高200℃～250℃，因此，刀具磨損嚴(yán)重，耐用度降低。返回因?yàn)楦咤i鋼的塑性高,伸長率大,故切屑不易折斷,給切屑處理帶來困難。返回 高錳鋼的線膨脹系數(shù)與黃銅