【正文】 33 提高生產(chǎn)效率的途徑 金屬材料的切削加工性 切削加工性(cutting behavior)是指材料加工的難易程度。過小，會使副切削刃與已加工面的摩擦增加，引起震動，降低表面質(zhì)量。在碳素工具鋼中加入少量的Cr、W、Mn等元素，形成合金工具鋼。主運(yùn)動只有一個，進(jìn)給運(yùn)動可以一個以上。這種鋼極易產(chǎn)生加工硬化，使切削加工困難。主要熱處理是退火，其目的是消除鋼在冷加工時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。 這類鋼的熱處理主要是固溶處理。有時在磨削加工后，還要在120～150℃保溫8h進(jìn)行二次穩(wěn)定化處理，以消除磨削產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，從而進(jìn)一步穩(wěn)定尺寸。Cr12 型鋼經(jīng)淬火及回火后的組織為回火馬氏體、粒狀碳化物和少量殘余奧氏體。 W18Cr4V 是我國發(fā)展最早的高速鋼，其特點(diǎn)是熱硬性較高，過熱敏感性較小，加工性好。 2．高速鋼的鍛造 高速鋼鑄態(tài)組織中含有大量的魚骨狀碳化物 (見圖64)，分布很不均勻，顯著降低了鋼的力學(xué)性能，特別是韌性。對刃具鋼的性能要求是：高的硬度和耐磨性，高的熱硬性，足夠的強(qiáng)度、塑性和韌性。 彈簧經(jīng)熱處理后，一般還要進(jìn)行噴丸處理，使表面強(qiáng)化，并在表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以提高彈簧的疲勞強(qiáng)度和壽命。碳含量過低，不易淬硬，回火后達(dá)不到所需硬度；碳含量過高，則韌性不足。其中16Mn（Q345）是我國發(fā)展最早、產(chǎn)量最大、各種性能配合較好的鋼材，故應(yīng)用最廣。由于合金元素溶人馬氏體，使原子擴(kuò)散速度減慢，因而在回火過程中，馬氏體不易分解，殘余奧氏體不易轉(zhuǎn)變，碳化物不易析出，析出后也不易聚集長大。 非碳化物形成元素有：鎳、鈷、銅、硅、鋁、氮、硼等。(三) 按正火后的組織分類 將一定截面的試樣 (φ25mm) ，在靜止空氣中冷卻后，按所得組織可分為珠光體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼和鐵素體鋼等。常用的合金元素有錳、鉻、鎳、硅、鉬、鎢、釩、鈦、鋯、鈷、鈮、銅、鋁、硼、稀土 (RE) 等。金屬的化學(xué)性能,決定了不同金屬與金屬,金屬與非金屬之間形成化合物的性能,使有些合金機(jī)械性能高,有些合金抗腐蝕性好,有的金屬在高溫下組織性能穩(wěn)定. 如耐酸,耐堿等，如化工機(jī)械,高溫工作零件等 三 工藝性能 金屬材料能適應(yīng)加工工藝要求的能力. 鑄造性能：指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能，主要包括流性能、充滿鑄模能力；收縮性、鑄件凝固時體積收縮的能力；偏析指化學(xué)成分不均性。2 有些材料在拉伸圖中沒有明顯的水平階段。金屬材料與金屬切削加工原理作者：日期：第一章 金屬材料的性能第一節(jié) 金屬材料的主要性能兩大類：1 使用性能：機(jī)械零件在正常工作情況下應(yīng)具備的性能。,稱為條件屈服極限. 二 剛度： 金屬材料在受力時抵抗彈性變形的能力。焊接性能：指金屬材料通過加熱或加熱和加壓焊接方法，把兩個或兩個以上金屬材料焊接到一起，接口處能滿足使用目的的特性。 根據(jù)我國的資源情況，富產(chǎn)的元素有硅、錳、鉬、鎢、釩、硼及稀土元素，而鉻、鎳，特別是鈷稀缺。二、合金鋼的編號 (一) 合金結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號由三部分組成，即“兩位數(shù)字+元素符號十?dāng)?shù)字”。它們不與碳形成碳化物而固溶于鐵的晶格中，或形成其它化合物。這就使淬火鋼的強(qiáng)度、硬度下降緩慢，提高了鋼抵抗軟化的能力，即提高了鋼的回火穩(wěn)定性。二、合金滲碳鋼 滲碳鋼通常是指經(jīng)滲碳、淬火、低溫回火后使用的鋼。主加元素有鉻、鎳、錳、硅、硼等，以增加鋼的淬透性，同時還強(qiáng)化鐵素體。60Si2Mn鋼是應(yīng)用最廣的合金彈簧鋼，被廣泛用于制造汽車、拖拉機(jī)上的板簧、螺旋彈簧以及安全閥用彈簧等。 合金刃具鋼分為低合金刃具鋼和高速鋼兩類。而且用熱處理方法不能根本改變碳化物的分布狀態(tài)，只能用反復(fù)鍛造的方法將碳化物打碎，并使其盡可能均勻分布。 W6M05Cr4V2 鋼是用鉬代替一部分鎢而發(fā)展起來的，其特點(diǎn)是具有良好的熱塑性，碳化物分布較均勻，耐磨性和韌性也較好，正在逐步取代 W18Cr4V 鋼。 (二) 熱作模具鋼 熱作模具鋼用于制造在受熱狀態(tài)下對金屬進(jìn)行變形加工的模具，如熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模等。25 特殊性能鋼一、不銹鋼 (一) 馬氏體不銹鋼 這類鋼的ωc = ％～％，ωcr = 12％～14％，屬于鉻不銹鋼。奧氏體不銹鋼在退火狀態(tài)下是奧氏體和少量的碳化物組織。 (三) 馬氏體耐熱鋼 馬氏體耐熱鋼含有大量的鉻，并含有鉬、鎢、釩等合金元素，以提高鋼的再結(jié)晶溫度和形成穩(wěn)定的碳化物，加入硅以提高鋼的抗氧化能力和強(qiáng)度。因此，大多數(shù)高錳鋼零件都是鑄造成形的。 切削用量切削三要素切削速度進(jìn)給量切削深度指在主運(yùn)動一個循環(huán)內(nèi)，刀具與工件在進(jìn)給方向上的相對位移指在單位時間內(nèi)工件和刀具沿主運(yùn)動方向的相對位移待加工表面到已加工表面間的垂直距離 刀具結(jié)構(gòu)與材料一、刀具材料 刀具材料——刀具上切削部分的材料。常用于制造低速、復(fù)雜的刀具。前角γ0――前刀面與基面間的夾角 前角大，刃口鋒利，切屑變小，切削力小，切削輕快。它主要取決于材料的力學(xué)性能且與材料的熱處理狀態(tài)有關(guān)。一般情況下都采用經(jīng)濟(jì)耐用度。減少表面的粗糙度的數(shù)值，還可提高刀具強(qiáng)度。 (2) 合金工具鋼。注釋:主運(yùn)動可以使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，也可以是往復(fù)運(yùn)動；主運(yùn)動可以是工件來實(shí)現(xiàn)（車外圓）,主運(yùn)動 也可以是刀具來實(shí)現(xiàn)（切斷、刨、銑加工）。它的主要成分為ωc = ％～％，ωMn = 11％～14％。常用鋼號有0Cr13Al、2Cr25N等。這類鋼廣泛用于在強(qiáng)腐蝕介質(zhì) (硝酸、磷酸及堿水溶液等)中工作的設(shè)備、管道、貯槽等，還廣泛用于要求無磁性的儀表、儀器元件等。 在低溫回火后還應(yīng)進(jìn)行一次穩(wěn)定化處理 (100～150℃、24～36h) ，以進(jìn)一步穩(wěn)定組織和尺寸，并消除淬火內(nèi)應(yīng)力。一般承受強(qiáng)烈摩擦，在400～450℃條件下工作的模具適用此法。 4．常用的高速鋼 常用的高速鋼有 W18Cr4V、W6M05Cr4V2 和 W9M03Cr4V 三種。未溶的VC能顯著阻礙奧氏體長大。一、合金刃具鋼 合金刃具鋼主要用來制造刀具，如車刀、銑刀、鉆頭、絲錐等。 若彈簧鋼絲是退火狀態(tài)的，則冷卷成形后還需淬火和中溫回火；若彈簧鋼絲是鉛浴索氏體化狀態(tài)或油淬回火狀態(tài)，則在冷卷成形后不需再進(jìn)行淬火和回火處理，只需進(jìn)行一次200300℃的去應(yīng)力退火，以消除內(nèi)應(yīng)力，并使彈簧定形。 ％～％之間。 常用低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號、性能及用途可查表獲得。 淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變都是依靠原子的擴(kuò)散進(jìn)行的。二、形成合金碳化物 合金元素按其與鋼中碳的親和力的大小，可分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。ωMe 10％。加入的元素稱為合金元素?？寡趸裕褐附饘俨牧显诟邷叵拢挚巩a(chǎn)生氧化皮能力。 5 條件屈服極限σ0。 包括：力學(xué)性能、物理、化學(xué)性能 2 工藝性能：鑄造性能、鍛造性能、焊接性能、熱處理性能、切削性能等。 1 材料本質(zhì) 彈性模量—在彈性范圍內(nèi),. 相當(dāng)于單位元元變形所需要的應(yīng)力。冷彎性能：指金屬材料在常溫下能承受彎曲而不破裂性能。選用合金鋼時，應(yīng)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，優(yōu)先考慮我國資源豐富的鋼種。前面兩位數(shù)字代表鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬倍；元素符號代表鋼中所含的合金元素，其后面的數(shù)字表示該元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百倍，當(dāng)其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωMe ％時一般只標(biāo)出元素符號而不標(biāo)數(shù)字，當(dāng)其ωMe ≥％、≥％、≥％…時，則在元素符號后相應(yīng)地標(biāo)出4…。 鋼中形成的合金碳化物主要有以下兩類： (1) 合金滲碳體。 合金鋼的回火穩(wěn)定性高于碳鋼，在相同的回火溫度下，合金鋼比相同含碳量的碳鋼具有更高的強(qiáng)度和硬度；在達(dá)到相同硬度的情況下，合金鋼可以在較高的溫度下回火。它主要用于制造表面承受強(qiáng)烈摩擦和磨損，同時承受動載荷特別是沖擊載荷的機(jī)器零件。輔加元素有鉬、鎢、釩、鈦等，主要是防止淬火加熱產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，細(xì)化晶粒和提高回火穩(wěn)定性，進(jìn)一步改善鋼的性能。彈簧鋼也可進(jìn)行淬火及低溫回火處理，用以制造高強(qiáng)度的耐磨件，如彈簧夾頭、機(jī)床主軸等。 (一) 低合金刃具鋼 低合金刃具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素的鋼。鍛造比最好大于10，鍛后 必須緩冷，以免開裂。 W9M03Cr4V 鋼是近幾年發(fā)展起來的通用型高速鋼，具有上述兩種鋼的共同優(yōu)點(diǎn)，比 W18Cr4V 鋼的熱塑性好，比W6M05Cr4V2 鋼的脫碳傾向小，硬度高，因此得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用。 這類模具在工作中除承受較大的沖擊載荷、很大的壓力、彎曲力外，還受到熾熱金屬在模腔中流動所產(chǎn)生的強(qiáng)烈摩擦力，同時還受到反復(fù)的加熱和冷卻。馬氏體不銹鋼只在氧化性介質(zhì)中耐腐蝕，在非氧化性介質(zhì)中耐蝕性很低，而且隨鋼中含碳量的增多，耐蝕性下降。為了獲得單相奧氏體組織，提高鋼的耐蝕性，并使鋼軟化，將鋼加熱到1100℃左右，使所有碳化物都溶人奧氏體，然后水淬快冷至室溫，即得單相奧氏體組織。 這類鋼的抗氧化性、熱強(qiáng)性均高，硬度和耐磨性良好，淬