易切削不锈钢中氧含量和锻造比对硫化物形态及切削性能的影响

易切削不锈钢中硫化物的类型和形貌对切削性能具有重要影响。运用扫面电镜分析、热力学计算、锻造实验、切削实验等方法研究了氧含量和锻造比对易切削不锈钢中硫化物的类型和形貌的影响,以及对切削性能的影响。实验结果表明:随着铸态钢中氧含量的增加,MnS包裹(Mn, Cr)O等氧化物的复合硫化物数量增多,第Ⅰ类硫化物的比例上升,硫化物数量减小,尺寸和面积比增加。在锻造过程中,高氧含量(TO质量分数0.021%)钢样中复合硫化物沿锻造方向变形较小,平均长宽比小于3,钢中硫化物呈纺锤形或球形均匀分布。切削实验发现,高氧含量钢样(TO质量分数0.021%)比低氧含量钢样(TO质量分数0.007%)具有更小的切削力和表面粗糙度,刀具使用寿命增加了44.1%,切削性能整体得到提高。     

氧含量对硫系易切削钢切削性能的影响

研究了氧含量对硫系易切削钢中硫化物夹杂及对切削性能的影响。结果表明：在一定范围内,钢中氧含量越高越有利于改善切削性能,其原因是氧含量高时,钢中会形成大量的纺锤形（Mn、Fe）（S、O）复合夹杂物。在切削过程中,这类硫化物能割断基体的连续性,在刀具表面形成一层保护膜,从而降低刀具的磨损。实验室切削试验表明：w（O）=0．014％时,硫系易切削钢的切削性能优于45钢,能够获得理想的切削性能。     

微量铋合金对易切削钢中MnS形貌的影响

 利用Q500图像分析仪和JSM6480LV型扫描电镜研究了微量元素Bi对S-Bi易切削钢中的MnS长宽比的影响规律。结果表明,Bi在易切削钢中以3种形态存在：单独存在于钢基体中、被硫化物包裹和介于钢基体与硫化物之间。S-Bi易切削钢铸锭中w（TO）分别为0.032%,0.022%和0.024%,Bi质量分数分别为0.0002%、0.0010%和0.0020%时,MnS的长宽比均在1.0~1.6,低于硫系易切削钢的1.2~3.2（w（TO）为0.030%）。在锻造比为2.25时,钢中MnS的长宽比增长率低于1.0,且MnS夹杂物的变形率随Bi含量增加而降低。钢中Bi金属在钢锭锻造过程中可起到抑制硫化物变形的作用。     

碲对303Cu易切削不锈钢切削性能的影响

为进一步提升303Cu易切削不锈钢切削性能，满足高端客户对切削性能更高的需求，开展了向303Cu易切削不锈钢中添加碲元素的工业试验，并对含碲303Cu不锈钢进行易切削相解析，借助测力仪、表面粗糙度仪等开展了量化切削对比试验。试验结果表明，碲的质量分数分别为0(不含碲)、0.003 6%、0.007 0%的303Cu不锈钢盘条，在切削线速度为22.14 m/min、切削深度为0.15 mm、进给量为0.20 mm/r的切削条件下，切削力分别为61.47、51.43、48.51 N,表面粗糙度R_a分别为10.61、8.86、5.91μm,“C型屑”所占比例分别为36%、53%和78%。碲的添加改善了钢中硫化物的形貌及分布，硫化物尺寸变大，长宽比降低，更接近椭球状；增加了材料的断屑性，减少了积屑瘤，进而切削力变小、表面光洁度提升，“C型屑”比例增加；随着钢中碲含量增加，切削性改善更加显著。     

钢中氧含量对硫化物夹杂种类和形态的影响

主要研究了钢中氧含量与硫化物夹杂物的种类和形态之间的关系,以控制合适的氧含量,从而提高线材的切削性能,对15个炉次的冶炼过程及其成品取样,分析氧含量对硫化物夹杂的成分、形态及切削性能的影响。结果表明:钢中硫化物与氧化物形成的复合夹杂物的比例会随着氧含量的增加而变大,硅、铝、钙氧化物为核心,外围包裹MnS或CaS的纺锤形或球形复合夹杂对提高切削性能非常有利,应保证成品线材中的氧的质量分数不低于0.0140%。     

碲系易切削钢及其切削性评价

硫系易切削钢利用硫化物的脆断性来提升钢材的切削性能,硫化物的形态、大小、分布是决定易切削钢切削性能优劣的关键因素.上海大学与芜湖新兴铸管有限责任公司合作,通过在1215MS易切削钢基础上添加碲元素,来改善硫化物的形态及分布,提升产品的切削性能.结果表明:硫系易切削钢添加质量分数0.016％ 的碲后,易切削钢中硫化物三维...     

硫系易切削钢中氧含量对硫化物形成的影响

 硫化物夹杂对低碳高硫易切削钢的切削性能具有非常重要的影响,实际生产中希望得到纺锤形或球形的硫化物。钢中的氧含量能显著影响硫化物的种类和形态,主要研究了在铸态和线材中,不同氧含量下,硫化物的成分、粒径、长宽比、圆度的变化情况。结果表明,钢中氧含量的增加,有利于形成纺锤形或球形的硫化物夹杂,在wO=00140%时,能够得到理想的硫化物。     

低碳高硫易切削钢的切削性能研究

 对宣钢生产的X1215低碳高硫易切削钢进行了切削试验,运用扫描电镜研究了钢中的夹杂物形态。切削试验表明,该钢的易切削性能优于45钢,切削比Kr达到1.48。分析表明,该钢中全氧的质量分数为120×10-6 时,钢中大量存在的条形硫化锰及纺锤形硫化锰-氧化物的复合夹杂是钢材切削性能优良的主要原因。     

中碳高硫易切削钢中Zr添加对MnS夹杂物形貌特征的影响

摘要：为改善中碳高硫易切削钢中MnS夹杂物形貌特征,在2kg真空感应炉开展了钢中添加Zr金属的试验。利用SEM-EDS研究了不同Zr含量下钢中氧化物和硫化物的形貌特征,并利用Thermo-Calc软件分析了中碳高硫易切削钢中不同种类MnS的形成过程和机制。结果表明：不添加Zr元素的试验钢中,硫化物主要为簇状形貌的II类,以及少量大尺寸的I类,尺寸和空间分布都很不均匀。加了质量分数为0.0015%的Zr元素后,钢中硫化物基本上是以沿晶界分布的簇状形貌存在,复合硫化物占比只有0.1%。随着Zr质量分数进一步增加至0.0051%,钢中主要生成细小的、纯ZrO2氧化物粒子,为硫化物提供了大量形核核心,减弱了硫化物在晶界聚集的分布行为,提高了硫化物的分布均匀性。试验结果表明,高硫氧比条件下,同样可以利用钢中氧化物粒子改善MnS形貌,关键是得到细小尺寸、高效形核效果的第二相粒子。     

国内外易切削钢的现状和研究进展

易切削钢比普通碳素钢有较好的切削性能和更好的产品表面光洁度。随着自动化加工工业和汽车工业的发展,易切削钢的使用量不断增加。目前,国外普遍采用电弧炉二次精炼连铸流程生产易切削钢。工业化国家切削钢已形成标准化系列产品,并伴随连铸技术的广泛采用,使易切削钢具有均匀的切削性能。现有易切削钢种为易切削碳钢、渗碳钢、调质钢和不锈钢,并不断将易切削钢扩展到诸如模具钢、高锰钢、耐热钢、高工钢等钢类。在分析国内外易切削钢发展的基础上,讨论了易切削钢生产工艺、钢种的发展方向。     

Effect of Zr addition on morphology characteristics of MnS inclusions in medium carbon high sulfur free cutting steel

In order to improve the morphology characteristics of MnS inclusions in medium carbon high sulfur free-cutting steel, Zr alloy with different contents were added into the 2kg vacuum induction furnace in laboratory, and the characteristics of oxides and sulfides in steel with different Zr additions were investigated with scanning electron microscope and energy dispersive spectrometer (SEM-EDS). The formation mechanism and process of different MnS inclusions were analyzed with thermodynamic software Thermo-Calc. The results show that sulfides in the experimental steel without Zr element are mainly type II MnS with cluster morphology and a small number of type I MnS with large size, and the size and spatial distribution of the sulfides are extremely uneven. After adding 0.0015 mass% of Zr element, the sulfides in the steel are mainly distributed along the grain boundary with cluster morphology. Complex sulfides account for only 01%. As the Zr content further increases to 0.0051 mass%, fine and pure ZrO2 particles are generated in the steel, which provides a sufficient oxide nucleus for MnS formation, weakens the distribution behavior of sulfides in grain boundary polymers, and improves the distribution uniformity of sulfides. Thus, oxides in steel can be used to improve the morphology of sulfides even under the condition of high S/O ratio. The key is to obtain second phase particles with fine size and efficient nucleation ability.     

1215易切削钢拉拔表面裂纹形成机制分析

 表面裂纹是1215易切削钢常见的缺陷,为了探究1215易切削钢在拉拔过程产生表面裂纹缺陷的成因,采用非水溶液电解、光学显微镜、扫描电子显微镜等分析检测方法,对1215易切削钢表面裂纹区域进行了分析表征,研究了1215易切削钢在拉拔时产生表面裂纹的原因。结果表明,试样截面裂纹扩展的末端发现大尺寸硫化锰夹杂物;裂纹内壁存在大尺寸的硫化锰夹杂和保护渣颗粒。由分析结果推测,钢中夹渣是裂纹萌生的主要原因,而大尺寸硫化锰夹杂是裂纹扩展的原因。根据裂纹的萌生与扩展机制,通过提高保护渣碱度及还原性和准确控制精炼出站氧质量分数可控制由硫化锰夹杂物与保护渣造成的裂纹,从而改善产品的表面质量。     

硫化物改质对20MnCr5齿轮钢夹杂物和切削性能的影响

 齿轮钢广泛应用于汽车、机械等传动系统,易切削化是提高齿轮加工效率、降低制造成本的主要途径之一。提高钢中硫元素含量是改善齿轮钢切削性能的有效方式,然而过多的硫元素在轧制时会形成条带状MnS,增大钢的各向异性,因此需要对硫化物进行改制处理。分别采用Ca处理和Mg处理两种方式对20MnCr5齿轮钢进行硫化物改质,通过对力学性能、组织形态、夹杂物分布以及切削性能等表征,对比分析不同改制方式对材料的影响。结果表明,Ca处理和Mg处理后试验钢的强度和塑性保持一致,而Mg处理试样的晶粒尺寸较小,因而韧性较高。Ca处理试验钢中MnS夹杂物数量较多,长条状夹杂物比例相对较高;而采用Mg处理可以有效降低钢中夹杂物的数量,夹杂物平均尺寸有所增大,同时小长径比夹杂物数量增多,但是复合氧化物型夹杂物的数量也有所增加。在240~280 m/min条件下进行了干切削试验,结果表明两种试验钢均出现前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损,其中Ca处理试样的刀具磨损较为严重,同时在较高切削速度下出现了积屑瘤和崩角现象,而Mg处理试样则具有更长的刀具使用寿命,对切削速度的敏感性也较低。分析可知,Mg处理后钢中存在较多的大尺寸球状硫化物夹杂物,提高了应力集中效应,更有利于改善切削性能,因而改制效果更好。     

X射线荧光光谱法测定易切削不锈钢中铅碲铋

在圆珠笔笔头最顶端的地方,材料厚度仅有0.3~0.4mm,需要极高的加工精度,对不锈钢原材料(易切削钢)提出了极高的性能要求。易切削钢是指在钢中加入一定量的S、P、Pb、Te等易切削元素,以改善其切削性的合金钢,钢中微量元素的准确分析直接影响到该钢种的冶炼成功与否。研究发现桶样分析稳定性更优于球拍样,因此实验采用铣床对桶样进行制样,刀头旋转速度为300r/min、进刀速度为250mm/min。通过对X射线荧光光谱仪晶体、2θ角和脉冲高度等基本分析条件优化后,使用标样绘制了易切削不锈钢样品中Pb、Te、Bi的回归曲线,回归精度(SEE)分别为0.0034、0.0027、0.0046,实现了X射线荧光光谱法(XRF)对易切削不锈钢中Pb、Te、Bi含量的测定。Pb、Te、Bi的检出限分别为0.0009%、0.0012%、0.0006%。用实验方法测定生产样品(编号3125)中Pb、Te和Bi含量,测定结果的相对标准偏差(RSD,n=11)均不大于1.1%;对易切削钢生产样品进行正确度分析,分析结果与化学湿法、火花放电原子发射光谱法一致性较好。