高锰钢的切削加工

高锰钢的切削加工1．高锰钢有哪几种？其性能如何？

锰含量约为11％～18％的钢称高锰钢。常用的铸造高锰钢ZGMn13的化学成分为：Mn含量11％～14％，c含量1.0％～1.4％，Si含量0.3％～1.0％，P含量<0.03％，S含量<0.05％。

高锰钢是一种耐磨钢，经过水韧处理的高锰钢可以得到较高的塑性和冲击韧性。所谓水韧处理，就是把钢加热到1000℃～1100℃，保温一段时间，使钢中的碳化物全部溶入奥氏体中，然后迅速冷却，使碳化物来不及从奥氏体中析出，从而保持了单一的均匀的奥氏体组织。经过水韧处理的高锰钢称为高锰奥氏体钢。其力学性能为：σb=980MPa，σs=392MPa，HB210，δ=80％，αk=2.94MJ／m2。

高锰钢具有很高的耐磨性，虽然它的硬度只有HB210，但它的屈服点σs较低，只有σb的40％，因此具有较高的塑性和韧性。高锰钢在受到外来压力和冲击载荷时，会产生很大的塑性变形或严重的加工硬化现象，钢被剧烈强化，硬度显著提高，可达HB450～550，因此有了较高的耐磨性。

高锰钢可分为高碳高锰耐磨钢、中碳高锰无磁钢、低碳高锰不锈钢和高锰耐热钢。几种高锰钢的牌号和性能见表5-1。

2．高锰钢有哪些切削加工特点？

高锰钢锰含量高达11％～18％，具有较高的塑性和韧性，在切削加工中有以下特点：

(1)加工硬化严重：高锰钢在切削过程中，由于塑性变形大，奥氏体组织转变为细晶粒的马氏体组织，从而产生严重的硬化现象。加工前硬度一般为HB200～220，加工后表面硬度可达HB450～550，硬化层深度0.1～0.3mm，其硬化程度和深度要比45号钢高几倍。严重的加工硬化使切削力增大，加剧了刀具磨损，也容易造成刀具崩刃而损坏。

(2)切削温度高：由于切削功率大，产生的热量多，而高锰钢的导热系数比不锈钢还低，只有中碳钢的1/4，所以切削区温度很高。当切削速度Vc<50m/min时，高锰钢的切削温度比45号钢高200℃～250℃，因此，刀具磨损严重，耐用度降低。

(3)断屑困难：高锰钢的韧性是45号钢的8倍，切削时切屑不易拳曲和折断。

(4)尺寸精度不易控制：高锰钢的线膨胀系数与黄铜差不多，在高的切削温度下，局部产生热变形，尺寸精度不易控制。切削高锰钢时，应先进行粗加工，工件冷却后再进行精加工，以保证工件的尺寸精度。

3．怎样通过热处理改善高锰钢的切削性能？

金属材料的切削性能主要取决于材料的力学、物理性能，如：强度、硬度、塑性、韧性、耐磨性及线膨胀系数等。通过热处理可以改变金属材料的力学、物理性能，从而改善其切削性能。改善高锰钢的切削性能可以通过高温回火来实现。将高锰钢加热至600℃～650℃，保温两小时后冷却，使高锰钢的奥氏体组织转变为索氏体组织，其加工硬化程度显著降低，加工性能明显改善。加工完成的零件在使用前应进行淬火处理，使其内部组织重新转变为单一的奥氏体组织。

4．切削高锰钢时怎样选择刀具材料？

高锰钢属难加工材料，对刀具材料要求较高。一般来说，要求刀具材料红硬性高、耐磨性好，有较高的强度、韧性和导热系数。切削高锰钢可选用硬质合金、金属陶瓷做刀具材科，也可以用CN25涂层刀片或CBN(立方氮化硼)刀具。目前应用最普遍的还是硬质合金，其中YG类硬质合金具有较高的抗弯强度和冲击韧性(与YT类硬质合金比较)，可减少切削时的崩刃。同时，YG类硬质合金的导热性较好，有利于切削热从刀尖散走，降低刀尖温度，避免刀尖过热软化。YG类硬质合金的磨加工性较好，可以磨出锐利的刃口。一般情况下，刀具的耐用度取决于刀具材料的红硬性、耐磨性和冲击韧性。YG类硬质合金中含钴量较多时，抗弯强度和冲击韧性好，特别是提高了疲劳强度，因此适于在受冲击和震动的条件下作粗加工用；含钴量较少时，其硬度、耐磨性和耐热性较高，适合作连续切削的精加工。

YT类硬质合金具有较高的硬度和较高的耐热性，但与YG类硬质合金相比，其强度低、脆性大，导热性差。因此，切削高锰钢时通常选用韧性好的YG类硬质合金作刀具材料。应当注意的是，YG类硬质合金不适于高速切削，因为在高速切削钢料时，切削时的高温将使刀具前刀面上形成强烈的月牙洼磨损，并加速后刀面磨损，刀具耐用度降低。在切削速度较高且切削过程较平稳的情况下可考虑选用YT类硬质合金作刀具材料。

8．使用硬质合金群钻钻削高锰钢时应注意什么？

高锰钢具有较高的塑性和韧性，切削温度高，用硬质合金群钻钻高锰钢时，应注意以下问题：

(1)合理选择切削用量：切削速度太低或进给量太大，都会使切削力增加，容易造成切削刃崩碎。一般取Vc=30～40m/min，f=0.07～0.1mm/r。

(2)要充分使用冷却液：高锰钢的线膨胀系数大，钻孔时应充分使用冷却液，有条件的可将工件浸在冷却液中钻孔，以防止因孔的收缩将钻头咬死损坏。

(3)严格控制钻头磨钝标准：钻削过程中如听到刺耳的尖叫声或发现钻头外缘转角处后角和棱边磨损约1mm时，应及时将钻头进行重磨，否则继续使用会加快钻头磨损以致损坏。

(4)严禁中途停车：用硬质合金群钻钻削高锰钢时，应采用自动进给，尽量不用手动进给，否则会加重硬化现象，使钻削更加困难。操作中要严禁中途停车，防止因切削力过大造成“闷车”，使钻头崩碎。

除以上几点外，在使用硬质合金群钻钻削高锰钢时，还要求机床刚性好、振动小。硬质合金的硬度、耐热性比高速钢高，但韧性比高速钢低很多，强烈的振动和切