锰质量分数为11%-18%的钢称为高锰钢。经过水韧处理的高锰钢,其组织为奥氏体,可以得到较高的塑性和冲击韧度。当它受到外来压力和冲击载荷后,产生 很大的塑性变形和硬化现象,同时被强化,其硬度可达450-550HBW(46-54HRC),因此具有很高的耐磨性。
如常用铸造高锰钢ZMn13,其中 Mn的质量分数为11%-14%,C的质量分数为1%-1.4%,Si的质量分数为0.3%-1%,P的质量分数小于0.03%,S的质量分数为小于 0.05%。其力学性能为:σb=980MPa,硬度为210HBW,δ=80%,aK=147J/cm2;物理性能为:导热系数为13W/(m·K)。
高锰钢的切削特点:
加工硬化严重。在切削过程中,由于塑性变形大,奥氏体组转变为细晶粒的马氏体组织,从而产生严重的硬化现象。高锰钢在切削加工前的硬度 为210-220HBW。
而加工后表层的硬度可达450-550HBW,硬化层深度可达0.1-0.3mm,从而加剧了刀具的磨损;切削力大。根据有关资料得知,切削ZGMn13的单位切削力为3830MPa,比切削45钢高60%-70%;切削温度高。由于高锰钢的导热系数只有45钢的1/4,所以它的 切削温度比切削45钢高200-250℃;断屑困难。高锰钢的韧性和塑性大,在切削时切屑不易折断。
(1)刀具材料。
切削高锰钢时,应选含钴和含铝的高速钢,如W2Mo9Cr4VCo8、W6Mo5Cr4V2Al;硬质合金应选含TaC或NbC的细颗粒 和超细晶粒K(YG)类硬质合金,如YS10、YS8、YD15、813等;陶瓷刀具也适于车削高锰钢,如AG2、AT6、SG4、LT35、LT55 等。
(2)刀具几何参数
硬质合金刀具前角γo=-3°~3°,后角αo=8°~12°;陶瓷刀具前角γo=-10°~-5°,后角αo=5°~10°;为了增大散热面积,刀具主偏角κr=30°~45°,精车时κr=60°~90°,副偏角κ′r=10°~15°;刀具刃倾角λs=-10°~0°;刀尖圆弧半径rε=1~1.5mm;刀具刃口倒棱γo1=-15°~-5°,bγ=0.2~0.8mm。
(3)切削用量
由于高锰钢的切削加工性比较差,为了提高刀具耐用度,切削速度不宜高。硬质合金刀具,vc=20~40m/min;陶瓷刀具vc=40~60m/min;高速钢刀具vc=4~8m/min。为了避免在硬化层上切削,粗车时ap=3~6mm,f=0.3~0.8mm/r;精车时ap=0.5~1mm,f=0.2~0.4mm/r。
(4)切削液
采用乳化液或极压乳化液。
(5)注意的问题
高锰钢在切削加工时,硬化现象十分严重。所以在切削加工时,应使切削深度和进给量大于硬化层深度,以免加剧刀具磨损;在切削时应避免刀具在切削表面停留,以免加剧切削表面硬化,给下一次切削带来困难。