易切鋼的損壞例項及對策?

  易切削鋼是向鋼中加入硫、鉛、鈣等元素以提高其切削效能的鋼。根據統計資料,日本2009年度在特殊鋼熱軋材中的易切鋼產量約為66萬t,佔該類鋼材總量的4.2%。在JISG 4804中已將S易切鋼和S複合易切鋼進行了標準化;並且,在日本汽車技術會規範JASO M103(汽車結構用鋼鋼材)中,對鋼的成分又進行了追加或變更,對加S(S0-S2)、加Pb(L1-L2)、加Ca(U)進行了標準化。另外,即使是不鏽鋼,在JIS G 4303等標準中也將通過S、Pb的加入提高了切削效能的鋼種進行了標準化。

  將易切鋼中易切元素的種類和切削性改善機理及效果歸納如原創表1。切削效能的改善機理有:利用 Pb、Bi等低熔點物質的熔融脆化作用;利用Ca系氧化物的工具表面保護作用;利用S化物的應力集中作用等。這些易切元素能改善鋼的切削效能,但又往往會降低鋼的力學效能和疲勞強度。

  以下概要介紹代表性易切鋼的切削效能改善機理、損壞例項及對策。

1 S易切鋼的損壞例項及對策

1.1 S易切鋼的切削性改善機理

S易切鋼中的S和Mn結合而形成MnS,此夾雜物在切削加工高速變形時作為缺口而起作用,利用應力集中使切屑斷開,從而改善了鋼材的切削效能。

1.2 S易切鋼的損壞機理

1) 熱鍛裂紋

S易切鋼中的MnS因熱軋和冷軋而變形,作為細的延伸夾雜物而存在。因此,較之基礎鋼,在熱鍛中與鍛造塑性流動成直角方向的延性變低了,即在鍛造時往往會沿著鋼材流動方向產生裂紋。

2) 冷鍛裂紋

  由於16Mn方管S易切鋼上分佈著沿軋製方向延伸的MnS,故垂直於軋製方向的延伸率、斷面收縮率、衝擊值的劣化大,呈現出明顯的各向異性。因此,使材料在不同方向的延伸差異大,故冷鍛時往往會產生裂紋。

  原創圖1是將機械結構用碳鋼和S易切鋼作為供試驗材進行冷鐓(鍛造)試驗的結果:伴隨S含量的升高,在少的變形量下就會發生裂紋,表明鋼的冷成形性隨S含量的增加而下降。因此,在對鋼實施冷加工時,有必要進行考慮了材料各向異性的加工方案的研究。

1.3 對策

S易切削鋼的主要問題是存在各向異性,作為其改善對策如下:

1) 合適S含量的選擇

S易切鋼有將S含量加到0.05%S(S1)、0.10%S(S2)的程度,但S含量越高,各向異性就越顯著,故應在考慮到和切削性改善效果平衡的基礎上選擇合適的S含量。

2) MnS的形態控制

  通過Ca、Zr等元素的加入、將MnS夾雜物球化而減輕S易切鋼的各向異性及產生裂紋的可能性。

3) 使用各向異性少的易切削鋼

Pb易切削鋼的各向異性比S易切削鋼少,對它的使用進行了研究。然而,為了滿足近年迫切減少環境負荷物質的要求,開發了無Pb易切削鋼。在確保鋼的切削性的同時,還考慮到了如何改善鋼的各向異性以及冷加工性。

4) 加強對熱鍛時加熱和鍛造溫度的適當管理。

5) 充分考慮了各向異性的加工方法,並制定冷鍛加工中適當鋼種的選擇。

原作者: 16Mn方管

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