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)注意的問題,，就能順利完成對它的切削加工,。
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、中碳高錳無磁鋼,、低碳高錳不銹鋼和高錳耐熱鋼,。牌號及性能如附表所示。
（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,，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,，伸長率也很大,，造成變形系數(shù)和切削力大。在切削加工時,，切屑不易折斷,，給切屑處理帶來很大困難。
（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,，牌號有AG2、AT6,、T8,、SG4、LT35,、LT55等,。
幾種高錳鋼的牌號與性能
/［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,，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，λs=-5°～-10°,。在精加工時,，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，rε=1.2～1.6mm,；精加工時,，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，vc=20~40m/min,；用高速鋼刀具切削時,，vc≈6m/min；用陶瓷刀具切削時,，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,，都應(yīng)采用冷卻潤滑液,。
（5）切削高錳鋼應(yīng)注意的問題。鉆削高錳鋼時,，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，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了困難,。如發(fā)生此問題，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，這樣就會產(chǎn)生許多不良而嚴(yán)重的問題,。
在鉸孔時,，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),，就一定能完成對它的切削加工。
參考文獻(xiàn)：
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