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中钢网新闻中心钢市纵横行业技术有利夹杂物对非调质钢易切削性的影响

有利夹杂物对非调质钢易切削性的影响

分享打印 2010-09-09 10:23 编辑:安易     来源: 制钢参考网     字体: [大][中][小]    

  易切削钢中夹杂物的有利夹杂物,是指钢中那些有利于降低切削能量、提高切削性能的夹杂物,有时也称易切削夹杂物。它分为两类:非金属夹杂物与金属夹杂物。非金属夹杂物包括硫化物、硒(碲)化物、Ca及Ti的复合氧化物等;金属夹杂物包括Pb、Bi等金属的颗粒。

  有利夹杂物在降低切削能量、提高切削加工性能方面起到的良好作用,概括起来有:

  1)应力集中源;

  2)促进裂纹传播;

  3)减摩;

  4)形成覆盖膜;

  5)包裹作用

  此外,非调质钢中提高基体脆性的固溶强化元素,对改善钢的切削加工性能也有一定的作用。

  (一)有利夹杂物的应力集中源作用

  钢中各类夹杂物,由于其结构与基体不同,它们的存在相当于在基体中增加了许多缺陷。在切削加工过程中,由于切削力的作用,特别是在剪切区的弹性形变范围内,会引起不同程度的应变集中,即夹杂物对塑性变形或位错运动的阻碍作用,形成位错塞积及缠结,导致夹杂物的端部产生微观裂纹的形核率,使得切削剪切形变被抑制在较小的范围内,第一剪切区变窄,剪切角增大,切屑的厚度及宽度减小,切屑形变系数变小,因而切屑形成功及切削力变小。

  应力集中的效果受很多因素控制,如夹杂物的形状、尺寸与分布状态;夹杂物相对基体的弹性性质(弹性模量与波松比等);热膨胀系数核硬度的差别,以及夹杂物与基体的结合程度(或粘着程度)等。Pb、S和Ca是易切削夹杂物均有应力集中效果。这些夹杂物的应力集中系数,据计算均为2左右。当因其分布密度不同,从应力断面上平均应力提高的比率来看,尚有差异。其中以硫化物最大为4%;Pb为0.2%;Ca为0.05%。

  钢中夹杂物经过热加工后,由于形变能力的不同,可能呈长条、纺锤或圆球等形状。对同一类夹杂物而言,形状不同应力集中效果也各异球状或近球状夹杂物的应力集中系数大于长条状。

  不同尺寸的夹杂物,其应力集中效果也有差异,尺寸愈大,平均应力增加的比值(应力集中效果)也愈大。

  (二)有利夹杂物对裂纹扩展的影响

  研究结果表明,多能工切削含有各种有利夹杂物的钢,切削层中的夹杂物向切削刃逼进时,要更进一步发生弹、塑性形变。当进入第一剪切区时,处于始滑移线之前的夹杂物首先发生弹性形变,随之在夹杂物附近产生很大的应变,造成应力集中。当夹杂物端部的应力集中水平超过基体的断裂强度时,就会出现夹杂物与基体界面的分离现象,即所谓的显微裂纹。钢中形成很多显微裂纹以后,由于抵抗切应变的有效真面积减小,以及裂纹间断附近应力集中,而促使更多的位错活化,使材料的流变应力降低,从而减小切削力。此外,裂纹的扩展和合并使材料更易断裂,因而也改善了切削处理性。

  (三)有利夹杂物的减摩作用

  一般认为,硫化物对内摩擦系数没有减小的作用,但因硫化物在易切钢中含量较多,尺寸较大,并且刀具的附着性较好,因而在切削过程中,由于温度和压力的阿作用,在适宜的条件下能呈薄膜状覆盖在前刀面上,防止切削与刀具的粘着,从而减小了切削与刀具的外摩擦,使刀具磨损减轻。

  (四)覆盖膜的形成

  某些有利夹杂物在适当的刀具材料和切削条件下,能在刀具的表面上形成一层覆盖膜,在国际上通称“Belag”。它的作用主要使隔绝刀具与切削之间的元素扩散,从而抑制刀具的扩散磨损。因为当硬质合金刀具进行高速切削使,刀刃的温度有时可高达1000℃以上。在此高温下,紧密接触的切削与工具之间就会有某些元素相互扩散,严重降低硬质合金的硬度,刀具的磨损加速。此外,覆盖膜还有一定的减摩的作用,折将进一步对刀具的寿命产生有利影响。1977年,德国的WalterKonorr在S易切削钢中发现了MnS的覆盖膜。

  (五)对硬质点的包裹作用

  如果那些高熔点、高硬度的有害夹杂物,被塑性的或在切削过程中能软化的夹杂物,像MnS,(Mn,Ca)S及稀土硫化物等所包裹,则可大大减轻氧化物的磨料作用,钢的切削加工性能,因此而得到提高,即所谓有利夹杂物对硬质点的包裹作用。

 

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