易切削钢的基本概念

易切削结构钢概念
易切削结构钢是在钢中加入一些使钢变脆的元素，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，使钢切削时切削易脆断成碎屑，从而降低了工件的表面粗糙度，提高切削速度和延刀具寿命。

使钢变脆的元素主要是硫，在普通低合金易切削结构钢中使用了铅、碲、铋等元素，这种钢的含硫量W(S)在0.08%-0.3%范围内，含锰量W(Mn)在0.60%-1.55%范围内。

钢中的硫化物主要以(FeMn)S固溶体形式存在；钢中的硫和锰以硫化锰形态存在，硫化锰很脆并有润滑效能，从而使切削容易碎断，并有利于提高加工表面的质量。

锰是作为脱氧控硫的元素加入钢中的，锰可以提高硅和铝的脱氧效果，也可以同硫结合形成硫化锰，从而在相当大程度上消除硫在钢中的有害影响。

硅也是在钢中的有益元素，硅是作为脱氧剂加入钢中的，硅增大钢液的流动性。

硫的有益作用是能提高钢材的切削加工性，但硫由于严重的偏析，易引起钢在热加工时开裂。

易切削结构钢-用途
易切削结构钢简称易切钢，是含有少量易削元素，具有良好的被切削加工性能的钢种。

1.Y12硫磷复合低碳易切削钢，是现有易切削钢中磷含量最多的一个钢种。

常用于制造对力学性能要求不高的各种机器和仪器仪表零件，如螺栓、螺母、销钉、轴、管接头等。

2.Y12Pb含铅易切削钢，被切削加工性好，不存在性能上的方向性，并有较高的力学性能，常用于制造较重要的机械零件、精密仪表零件等。

3.Y15复合高硫低硅易切削钢，是我国自行研制成功的钢种，被切削性高于Y12钢，常用于制造不重要的标准件，如螺栓、螺母、管接头、弹簧座等。

4.Y15Pb同Y12Pb，被切削加工性更好。

5.Y20低硫磷复合易切削钢，被切削加工性优于20钢而低于12钢，可进行渗碳处理，常用于制造要求表面硬、心部韧性高的仪器、仪表、轴类耐磨零件。

6.Y30低硫磷复合易切削钢，力学性能较高，被切削加工性也有适当改善，可制造强度要求较高的标准件。

7.Y35同Y30钢，可调质处理。

8.Y40Mn高硫中碳易切削钢，有较高的强度、硬度和良好的被切削加工性，适于加工要求刚性高的机床零部件，如机床丝杠、光杠、花键轴、齿条等。

9.Y45Ca钙硫复合易切削钢，不仅被切削性好，而且热处理后具有良好的力学性能，适于制造较重要的机器结构件，如机床齿轮轴、花键轴、拖拉机传动轴等。

易切削结构钢-分类
具体牌号有：Y12，Y12Pb，Y15，Y15Pb，Y20，Y30，Y35，Y40Mn，Y45Ca 共九个牌号。

易切削结构钢分加硫易切削钢，加硫磷易切削钢，加铅易切削钢，加钙易切削钢，加硫碳锰易切削钢等。

牌号用规定的符号和阿拉伯数字表示。

即以“易”的汉语拼音首位字母“Y”打头，其后用两位阿拉伯数字表示碳含量的万分数。

根据钢中含有易切削元素不同分类：
(1)硫易切削钢：硫是使钢产生热脆性的元素，但钢中加入锰时形成MnS，可以减轻其危害性，同时有利于改善钢的切削性。

通常硫易切削钢中含硫量范围从0.05%到0.33%不等。

钢中硫化物主要以(FeMn)S固溶体形式存在。

(2)铅易切削钢：为提高钢材切削性，在碳素结构钢、合金结构钢、不锈钢内加入0.10%~0.35%铅。

由于铅不溶于固态钢中，以微粒质点分布于钢的基体组织中，从而提高切削性能。

(3)钙易切削钢：以钙控制脱氧的碳素结构钢与合金结构钢，钙在钢中以复合氧化物形式存在。

钙的总含量为0.0005%~0.01%。

(4)复合易切削钢：以硫-铅、硫-磷-铅-碲、钙-硫复合易切钢切削性能最佳，被称为“超易切削钢”。

按易切削钢的用途不同分类：
(1)自动机用钢：要求切削性能高，多采用自动机床加工成零件而得名。

自动机用钢属于低碳钢，含磷量较高，约为0.05%~0.10%。

(2)结构用易切钢：要求力学性能高，这类钢大部分为中碳结构钢或中低碳合金结构钢。

1)半易切削钢：其成分特点是在中碳结构钢的成分基础上加入0.04%~0.07%的硫以提高切削加工性能，同时保持较好的力学性能；
2)硫易切削结构钢：此类钢成分特点是在中低碳结构钢基础上加入0.08%~0.15%或0.20%~0.30%的硫，用以进一步提高切削性能，但含磷量较低；
3)铅易切削钢：其成分与基础钢(碳素结构钢或合金结构钢)完全相同，只是冶炼时采用钙的合金控制脱氧，故其力学性能与基础钢相同；
(3)特殊易切削钢：具有特殊性能的不锈钢、轴承钢同样存在提高切削性能问题，尤其是不锈钢。

易切削钢切削性能及影响因素
易切削切削性能的标准
(1)刀具寿命：在一定的切削条件下切削某种金属材料时，刀具的某一表面磨损到规定程度实际所承受的切削时间(T)。

(2)加工表面的粗糙度：钢材在一定切削加工条件下，已加工表面上的几何不平度的平均值，用R2表示。

R2愈小说明该材料切削性能愈好。

(3)切削抗力：钢材在一定切削条件下，刀具所承受的切削力，切削力越小，材料切削性越好。

(4)切屑处理性：材料在切削过程中切削自动碎断能力及排除难易程度。

切屑愈容易，则可认为该材料切削性愈好。

上述四个方面中，刀具寿命最重要，时目前各种评定切削性方法的基础。

影响切削性能的因素
(1)钢的化学成分
1)钢中含碳量小于0.15%时，钢的韧性、塑性很好，加工表面粗糙度增大，切屑呈带状，不易碎断；若碳量增加到0.40%时，钢的强度、硬度提高，韧、塑性降低，综合力学性能适宜，切削易断，刀具磨损也较小，此时钢的切削性较好；当碳量再增加，则钢的强度、硬度进一步提高，刀具磨损会加重，切削力也增大，钢的切削性变差。

2)合金结构钢中含有提高固溶体强度和韧性的合金元素(Ni)，使切削性能下降；而提高固溶体强度并降低韧性的元素(P、N)，可改善切削性，这种元素常用作低碳钢中易切元素，从而脆化铁素体。

3)碳化物形成元素(铬、钒、钼)均使钢的强度、硬度增加，这类元素皆降低切削性能。

4)钢中的铝、硅、钛等形成高硬度并有磨料性料性质的夹杂物(氧化物、氮化物)，对刀具有较强的磨损作用，使刀具寿命降低。

5)形成硬度不高且有一定脆性的夹杂物元素(锰、锆、稀土等硫化物；钛、钙与氧形成的复合夹杂物；硒碲与锰行车化合物)，及形成低熔点金属夹杂物元素(铅、铋)均可明显改善切削性。

(2)钢的组织
对易切削结构钢，显微组织一般为铁素体加珠光体，而铁素体与珠光体相对量对切削性有明显影响。

若铁素体过多，由于其硬度低，韧塑性好，虽然切削力不高，但刀具热磨损严重，同时容易生成积屑瘤，增加表面粗糙度，而且切屑长而不易碎断，所以低碳钢与铁素体钢切削性能差；如果珠光体相对量过多，将引起切削力增加，促使刀具磨损。

经验表明，珠光体量在15%~20%时最适宜，最多不应超过30%。

珠光体中碳化物形态对切削性能有很大影响，低碳钢中片状珠光体可引起应力集中，使切削力下降，而高碳钢中碳化物以球状存在时有利于切削性能的改善。

(3)钢的力学性能及物理性能
(4)冶炼方法与塑性变形
脱氧方法不同，脱氧产物不同，钢的切削性能也会产生差异
1)采用铝硅脱氧时，生成Al2O3和SiO2杂质，此夹杂物硬度高，起磨料作用，降低刀具寿命；
2)钙、钛脱氧或二者复合脱氧时，将会形成TiO2、MnO-CaO-Al2O3-SO2系夹杂物，于刀具的前后刀面上形成一层保护膜，对刀具起保护作用，减小刀具磨损；
3)只用硅、锰脱氧，其夹杂物主要是塑性的硅酸盐。

热变形后的冷却速度将对不同含碳量的钢产生不同的影响，含碳量大于0.40%钢，热变形后缓冷可得到好的切削性能；碳量小于0.20%钢，热变形后快冷可以改善切削性能。

易切削钢切削机理
提高钢的切削性能途径主要通过两个方面：
1)加入一种或几种易切削元素(S、P、Pb…..等)，在钢中形成有利夹杂物，从而提高切削性能；
2)加入能溶入固溶体的元素(N、P)，使固溶体脆化，达到改善切削性能的目的。

有利于夹杂物的应力集中作用。