摘要：在工程機(jī)械中，凡承受較大沖擊或壓力的耐磨零部件，廣泛采用高錳鋼制造。由于它的性能和切削特點(diǎn)，屬于難切削材料之一。但只要合理選擇切削條件和掌握應(yīng)注意的問(wèn)題，就能順利完成對(duì)它的切削加工。
錳含量為11%～18%的鋼稱為高錳鋼。常用的鑄造高錳鋼ZMn13的化學(xué)成分為：Mn含量為11%～14%，C含量為1%～1.4%，Si含量為0.3%～1%，P含量小于0.03%，S含量小于0.05%。
高錳鋼是一種耐磨鋼，經(jīng)過(guò)水韌處理的高錳鋼可以得到較好的塑性和沖擊韌性。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融入到奧氏體中，然后迅速冷卻，使碳化物來(lái)不及從奧氏體中析出，從而保持單一均勻的奧氏體組織。經(jīng)過(guò)水韌處理的高錳鋼，稱為高錳奧氏體鋼。其力學(xué)性能：σb=980MPa，σs=392MPa，硬度210HBW，δ=80%，ak=2.94MJ/m2。
高錳鋼雖然硬度只有210HBW，但它的屈服點(diǎn)σs較低，只有σb的40%，因而具有較高的塑性和韌性。
高錳鋼分為高碳高錳耐磨鋼、中碳高錳無(wú)磁鋼、低碳高錳不銹鋼和高錳耐熱鋼。牌號(hào)及性能如附表所示。
（1）加工硬化特別嚴(yán)重。高錳鋼在切削過(guò)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，硬度可從210HBW提高到500HBW以上，比基體的硬度提高2.5倍左右，硬化層深度可達(dá)0.1～0.3mm。這不僅使切削力和切削熱增大，也加劇了刀具的磨損，給下一次的切削加工帶來(lái)了困難。它的硬化程度和深度，是切削45鋼的好幾倍。
（2）切削力大。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)得知，切削ZGMn13時(shí)的單位切削力3 800MPa/mm2比切削45鋼的單位切削力2 300MPa/mm2增大60%左右。
（3）切削溫度高。由于切削高錳鋼的切削力和切削功率大，產(chǎn)生的熱量就多。加之它的熱導(dǎo)率又小，僅為45鋼熱導(dǎo)率的1/4左右，所以切削區(qū)的溫度很高。當(dāng)切削溫度vc≤50m/min時(shí)，高錳鋼的切削溫度比切削45鋼的切削溫度高200～250℃。
（4）斷屑困難。高錳鋼的韌性是45鋼的8倍，伸長(zhǎng)率也很大，造成變形系數(shù)和切削力大。在切削加工時(shí)，切屑不易折斷，給切屑處理帶來(lái)很大困難。
（5）加工精度不易保證。由于高錳鋼的線膨脹系數(shù)大，約為20×10-6（1/℃）。在切削熱的作用下，易產(chǎn)生熱變形，而影響工件的加工精度。
（1）切削高錳鋼的刀具材料。硬質(zhì)合金。應(yīng)首先選用添加TaC或NbC的超細(xì)晶粒YG類硬質(zhì)合金和涂層硬質(zhì)合金，如YS2、YS8、YG813、YG643、YW2等。涂層硬質(zhì)合金，應(yīng)首先選用TiAlN和TiAlSi涂層。
陶瓷。主要用于車削和平面銑削，牌號(hào)有AG2、AT6、T8、SG4、LT35、LT55等。
幾種高錳鋼的牌號(hào)與性能
/［W·（m·K）］-1ZGMn13 210HBW 980 50～80 2.9～4.9 13 70Mn15Cr2Al3WMoV2 48～50HRC 1 470 4.5 0.14 14 1Cr14Mn14Ni 286HBW 910 70 6.86 20 6Mn18Al5Si2Ti 266HBW 850 53 5.19 10牌號(hào)硬度σb/MPa σsakκ /MPa /（MJ·m2）-1
高速鋼。應(yīng)選硬度高、耐磨性好、耐熱性好的高性能高速鋼，如W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2Al、W12Mo3Cr4VCo8Si、W12Mo3Cr4V3N等。
（2）切削高錳鋼刀具的幾何參數(shù)。
前角和后角。高速鋼刀具，γ0=5°～10°，α0=8°～10°；硬質(zhì)合金刀具，γ0=3°～-3°，α0=8°～12°；陶瓷刀具，γ0=-5°～-8°，α0=5°～8°。
主偏角和副偏角。為了改善散熱條件和提高刀尖強(qiáng)度，κr=30°～45°，κr'=8°～15°；陶瓷刀具，κr=45°～60°，κr'=8°～15°；精加工時(shí)，κr=60°～90°。
刃傾角。為了增大刀尖強(qiáng)度和刀具工作前角，在粗加工時(shí)，λs=-5°～-10°。在精加工時(shí)，為了使切屑流向待加工表面，λs=0°～3°。
刀尖圓弧半徑。粗加工時(shí)，rε=1.2～1.6mm；精加工時(shí)，rε=0.4～0.8mm。
刀具刃口負(fù)倒棱。為了提高刀具刃口強(qiáng)度，減小刀具刃口崩損，一般bγ=0.2～0.8mm，γ01=-5°～-15°。
（3）切削高錳鋼的切削用量。由于高錳鋼的性能和切削特點(diǎn)，它的切削加工性比較差。為了保證刀具有一定的壽命，切削速度不宜高，只有切削45鋼nc的20%～40%。用硬質(zhì)合金刀具切削時(shí)，vc=20~40m/min；用高速鋼刀具切削時(shí)，vc≈6m/min；用陶瓷刀具切削時(shí)，vc=50~72 m/min。由于它的加工硬化特別嚴(yán)重，為了避免在硬化層上切削，切削深度ap和進(jìn)給量f不應(yīng)小于硬化層深度，一般ap=0.3～5mm，f ＞0.15mm/r。
（4）切削高錳鋼的切削液。由于高錳鋼的熱導(dǎo)率低和切削溫度高，為了降低切削溫度和提高刀具壽命，不管采用什么切削方法切削加工時(shí)，都應(yīng)采用冷卻潤(rùn)滑液。
（5）切削高錳鋼應(yīng)注意的問(wèn)題。鉆削高錳鋼時(shí)，最好采用硬質(zhì)合金鉆頭，如鑲硬質(zhì)合金刀片或焊硬質(zhì)合金頭的鉆頭，如圖1和圖2所示（圖2中2?=120°，2?'=130°，2?1=70°，φ=75°，τ=30°，αR=15°，α0=20°，γτ=-25°，γf=-15°，h=0.08d0，L=0.3d0，L1=L2，R=0.4d0，b=0.08d0。其中，d0為鉆頭直徑）。也可采用可轉(zhuǎn)位刀片的淺孔鉆頭。若用高速鋼鉆頭，應(yīng)磨成三尖七刃的群鉆型，以利于改善散熱條件和減小切削力。在鉆孔時(shí)，應(yīng)采用低速大進(jìn)給，并不要在切削表面停留，以免加劇切削表面硬化，給下一次鉆頭鉆入帶來(lái)了困難。如發(fā)生此問(wèn)題，應(yīng)先降低速度，再快速大進(jìn)給鉆入。不管用何種鉆頭，都必須使用充足的切削液。
為了保持刀具鋒利和減小加工硬化，要嚴(yán)格控制刀具的磨損限度（也稱磨鈍標(biāo)準(zhǔn)），應(yīng)為切削一般工件材料的1/2。如發(fā)現(xiàn)刀具鈍了，應(yīng)及時(shí)更換刀片或修磨刀具，切記不可等刀具磨損嚴(yán)重了再換再磨，這樣就會(huì)產(chǎn)生許多不良而嚴(yán)重的問(wèn)題。
在鉸孔時(shí)，為了防止積屑瘤的產(chǎn)生和破壞已加工面的表面粗糙度質(zhì)量，vc應(yīng)小于5m/min，并用積壓切削油或MoS2油膏。如攻螺紋最好采用螺旋槽絲錐，以利于排屑和減小攻螺紋轉(zhuǎn)矩，并用潤(rùn)滑性能好的切削劑。
圖1 鉆削高錳鋼的鉆頭
圖2 鉆削高錳鋼的群鉆
由于高錳鋼的性能和切削特點(diǎn)，它的切削加工性很差，但只要合理選擇刀具材料、刀具幾何參數(shù)、切削用量、切削液和掌握操作技術(shù)，就一定能完成對(duì)它的切削加工。
參考文獻(xiàn)：
[1] 韓榮第，于啟勛. 難加工材料切削加工[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.
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