[发明专利]环保型无铅易切削钢及其冶金方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钢材，特别涉及一种环保型无铅易切削钢及其冶金方法。

背景技术

随着机械加工智能化的快速发展，各种易切削钢在世界不断地被研制生产。成本较低，技术较成熟的产品，一般公认为硫系易切削钢和铅系易切削钢。硫系易切削钢的代表钢号为1215；铅系易切削钢的代表钢号为12L14。

硫系易切削钢1215与铅系易切削钢12L14的化学成分如表1所示。

表1

  钢号  C  Mn  P  S  Si  Pb  1215  ≤0.09  0.75～1.05  0.04～0.09  0.26～0.35  ≤0.10～0.35  12L14  ≤0.15  0.85～1.15  0.04～0.09  0.26～0.35  ≤0.10～0.35  0.15～0.35

从碳、锰、磷、硫、硅五大基础化学元素比较来看：铅系易切削钢与硫系易切削钢相比碳含量较高；最低锰含量比硫系钢增加了0.1个数值，其他元素相同。铅系钢在硫系钢的五大元素基础上仅添加了铅元素。从易切削钢的演变经历来看，铅系易切削钢，实际就是硫系易切削钢的改良型或为硫系易切削钢的延续型产品。能改善加工切削性能的主要元素为硫和铅。1215与12L14钢中硫、铅元素作用分析如下：

硫在钢中作用：硫在钢中与锰结合形成硫化锰夹杂物，使钢基存在裂纹源，钢在机械加工过程中，受加工应力影响，使微小的裂纹源扩展，从而达到易断屑的目的。易断屑的效果取决于机械加工时金属材料中硫化物夹杂的尺寸大小、形态、分布状态及单位体积内夹杂物的数量。硫形成的硫化锰夹杂物在机械加工中虽然起到断屑的作用，但硫元素及其化合物没有改善加工过程中工件与刀具之间的润滑难题，使加工温度升高，缩短刀具使用寿命。

由于硫系钢的这种缺点，使加工速度无法提高。加工刀具易损和加工速度的低下，工件表面质量差，造成生产成本居高不下。随着对易切削钢的研究的不断发展，人们在硫系钢中添加了一定量的铅，利用铅的低熔点易溶的特性，使机械加工过程中工件与刀具摩擦得到了润滑，从而使高速切削得以实现。Pb的熔点327.502℃，沸点1740℃，密度11.3437克/厘米³。金属切削加工过程中产生的摩擦热与变形热叠加，使得加工温度急剧升高，低熔点的Pb能过早熔融，在机械加工过程中起到浸湿润滑刀具，改善加工摩擦条件，降低加工温度的作用，达到了高速加工，减少刀具磨损，提高工件表面质量的目的。