金属材料差异如何影响切削性能
在金属切削中，会有不同工件材料，不同材料具有不同切屑形成和去除特性。我们如何掌握不同材料特性？ISO标准将金属材料分为6大类群，每群在可加工性方面有独特特征。本文将逐一总结。
金属材料分六大类：
- P- 钢
- M- 不锈钢
- K- 铸铁
- N- 有色金属
- S- 耐热合金
- H- 淬硬钢
1-P 钢
什么是钢？
- 钢是金属切削领域最大材料群。
- 钢可为非硬化钢或调质钢（硬度达400HB）。
- 钢是以铁（Fe）为主要成分的合金，经冶炼工艺制造。
- 非合金钢碳含量<0.8%，仅含Fe无其他合金元素。
- 合金钢碳含量<1.7%，添加Ni、Cr、Mo、V、W等合金元素。
应用领域：
在金属切削范围内，P组是最大材料群，因涵盖多个不同工业领域。
材料通常为长屑材料，能形成连续相对均匀切屑。具体切屑形态通常取决于碳含量。
– 低碳含量 = 韧性大、粘刀材料。
– 高碳含量 = 脆性材料。
加工特性：
- 长屑材料。
- 切屑控制相对容易稳定。
- 低碳钢粘刀，需锋利切削刃。
- 单位切削力kc：1500–3100 N/mm²
- 加工ISO P材料所需切削力和功率在有限范围内。
2-M 不锈钢
什么是不锈钢？
- 不锈钢是含最低11-12%铬的合金材料。
- 碳含量通常极低（最低0.01% max）。
- 合金元素主要为Ni（镍）、Mo（钼）、Ti（钛）。
- 钢表面形成致密Cr2O3层使其耐腐蚀。
应用领域：
M组中大多应用属于油气、管件、法兰、加工行业和制药行业。
切屑形态：材料形成不规则片状切屑，切削力比普通钢高。不锈钢类型多，切屑断裂性能（从易断到几乎不断）随合金特性和热处理而异。
加工特性：
- 长屑材料。
- 铁素体中切屑控制相对顺畅，奥氏体和双相钢中困难。
- 单位切削力：1800-2850 N/mm²
- 加工中切削力大、积屑瘤、发热和加工硬化。
3-K 铸铁
什么是铸铁？
- 铸铁主要有三种：灰铸铁（GCI）、球墨铸铁（NCI）和蠕墨铸铁（CGI）。
- 铸铁主要成分Fe-C，硅含量较高（1~3%）。
- 碳含量超2%，为奥氏体相中C最大溶解度。
- 添加Cr（铬）、Mo（钼）、V（钒）形成碳化物，增强强度硬度，但降低可加工性。
应用领域：
K组主要用于汽车零部件、机械制造和炼铁。
切屑形态：
材料切屑形态不同，从粉末状到长屑。加工此材料群通常所需功率较小。
*注：灰铸铁（通常切屑近似粉末）和球墨铸铁差别大。后者切屑断裂常类似钢。
加工特性：
- 短屑材料。
- 所有工况下切屑控制良好。
- 单位切削力：790-1350 N/mm²
- 高速加工会引起磨粒磨损。
- 中等切削力。
4-N 有色金属
什么是有色金属材料？
- 此类含硬度<130 HB的非铁金属和软金属。
- 含近22%硅（Si）的有色金属（Al）合金占最大比例。
- 铜、青铜、黄铜。
应用领域：
飞机制造和铝合金汽车轮毂制造商在N组占主导地位。
虽每立方英寸所需功率低，但为获得高金属去除率，仍需计算所需最大功率。
加工特性：
- 长屑材料。
- 若为合金，切屑控制相对容易。
- 有色金属（Al）粘刀，需锋利切削刃。
- 单位切削力：350-700 N/mm²
- 加工ISO N材料所需切削力和功率在有限范围内。
5-S 耐热合金
什么是耐热合金？
- 耐热合金（HRSA）含多种高合金铁、镍、钴或钛基材料。
- 分群：铁基、镍基、钴基
- 工况：退火、固溶热处理、时效处理、轧制、锻造、铸造。
- 特性：合金含量高（钴高于镍）可确保更好耐热性、更高抗拉强度和更高耐腐蚀性。
应用领域：
难加工S组材料主要用于航空航天、燃气轮机和发电机行业。
范围广但通常存在高切削力。
加工特性：
- 长屑材料。
- 切屑控制困难（锯齿状切屑）。
- 陶瓷刀具需负前角，硬质合金刀具需正前角。
- 单位切削力：
耐热合金：2400–3100 N/mm²
钛合金：1300-1400 N/mm²
- 所需切削力和功率高。
6-H 淬硬钢
什么是淬硬钢？
- 从加工角度看，淬硬钢是最小群组。
- 此组含硬度>45–65 HRC的调质钢。
- 通常车削硬质零件硬度在55~68 HRC之间。
应用领域：
H组淬硬钢用于各行业，如汽车行业及其分包商、机械制造和模具业务。
切屑形态：
通常为连续、红热切屑。高温有助于降低kc1值，对解决应用问题很重要。
加工特性：
- 长屑材料。
- 切屑控制相对良好。
- 需负前角。
- 单位切削力：2550-4870 N/mm²
- 所需切削力和功率高。
制造工艺