不锈钢和钛合金加工

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1、不锈钢材料加工难点主要有以下几个方面： 1. 切削力大，切削温度高 该类型材料强度大，切削时切向应力大、塑性变形大，因而切削力大。此外材料导热性极差，造成切削温度升高，且高温往往集中在刀具刃口附近的狭长区域内，从而加快了刀具的磨损。 2. 加工硬化严重 奥氏体不锈钢以及一些高温合金不锈钢均为奥氏体组织，切削时加工硬化倾向大，通常是普通碳素钢的数倍，刀具在加工硬化区域内切削，使刀具寿命缩短。 3. 容易粘刀 无论是奥氏体不锈钢还是马氏体不锈钢均存在加工时切屑强韧、切削温度很高的特点。当强韧的切屑流经前刀面时，将产生粘结、熔焊等粘刀现象，影响加工零件表面粗糙度。 4. 刀具磨损加快 上述材料一般含

2、高熔点元素、塑性大，切削温度高，使刀具磨损加快，磨刀、换刀频繁，从而影响了生产效率，提高了刀具使用成本。主要是降低切削线速度，进给。采用专门加工不锈钢或者高温合金的刀具，钻孔攻丝最好内冷不锈钢零件加工工艺 通过上述加工难点分析，不锈钢的加工工艺及相关刀具参数设计与普通结构钢材料应具有较大的不同，其具体加工工艺如下： 1.钻孔加工 在钻孔加工时，由于不锈钢材料导热性能差，弹性模量小，孔加工起来也比较困难。解决此类材料的孔加工难题，主要是选用合适的刀具材料镗孔加工 （1）刀具材料选择 因加工不锈钢零件时切削力大、切削温度高，刀具材料应尽量选择强度高、导热性好硬质合金。 对于此类材料淬火零件的加工，

3、可以采用CBN（立方氮化硼）刀片，CBN硬度仅次于金刚石，硬度可达70008000HV，因此耐磨性很高，与金刚石相比，CBN突出优点是耐热性比金刚石高得多，可达1200，可承受很高的切削温度。此外其化学惰性很大，与铁族金属在12001300时也不起化学作用，因此非常适合加工不锈钢材料。其刀具寿命是硬质合金或陶瓷刀具的几十倍。 （2）刀具几何参数 刀具几何参数对其切削性能起重要的作用，为使切削轻快、顺利，硬质合金刀具宜采用较大的前角，以提高刀具寿命。一般粗加工时，前角取1020，半精加工时取1520；精加工时取2030。主偏角的选择依据是，当工艺系统刚性良好时，可取3045；如工艺系统刚性差时，

4、则取6075，当工件长度与直径之比超过10倍时，可取90。 用陶瓷刀具镗削不锈钢材料时，绝大多数情况下，陶瓷刀具均采用负前角进行切削。前角大小一般选应512。这样有利于加强刀刃，充分发挥陶瓷刀具抗压强度较高的优越性。后角大小直接影响刀具磨损，对刀刃强度也有影响，一般选用512。主偏角的改变会影响径向切削分力与轴向切削分力的变化以及切削宽度和切削厚度的大小。因为工艺系统的振动对陶瓷刀具极为不利，所以主偏角的选择要有利于减少这种振动，一般选取3075。选用CBN作为刀具材料时，刀具几何参数为前角010，后角1220，主偏角4590。 （3）前刀面刃磨时粗糙度值要小 为避免出现切屑粘刀现象，刀具的前

5、、后刀面应仔细刃磨以保证具有较小的粗糙度值，从而减少切屑流出阻力，避免切屑粘刀。 （4）刀具刃口应保持锋利 刀具刃口应保持锋利，以减少加工硬化，进给量和背吃刀量不宜过小，以防止刀具在硬化层中切削，影响刀具使用寿命。 （5）注意断屑槽的磨削 由于不锈钢切屑具有强韧的特点，刀具前刀面上断屑槽修磨应合适，从而使切削过程中断屑、容屑、排屑方便。 （6）切削用量的选择 根据不锈钢材料特点，加工时宜选用低速和较大进给量进行切削。 （7）切削液选择要合适 由于不锈钢具有极易产生粘结和散热性差的特点，因此在镗削中选用抗粘结和散热性好的切削液相当重要，如选用含氯较高的切削液，以及具有良好冷却、清洗、防锈和润滑作

6、用的不含矿物油、不含亚酸盐的水溶液，如H1L2合成切削液。 采用上述工艺方法，可以克服不锈钢的加工难点，使不锈钢在进行钻、铰、镗孔时刀具寿命得到极大的提高，减少操作中磨刀、换刀次数，在提高生产效率和孔加工质量、降低工人劳动强度和生产成本方面，能取得令人满意的效果。0Cr17Ni4Cu4Nb钢与0Cr16Ni4Cu3Nb钢一样，为马氏体沉淀硬化不锈钢。0Cr17Ni4Cu4Nb钢的特性、0Cr17Ni4Cu4Nb钢中保持较低的碳，减少钢中的碳化物数量，同时使Ms上升，有利于马氏体相变。、0Cr17Ni4Cu4Nb钢中加入Cr、Ni元素主要作用有三：一是提高钢的电极电位，防止原电池的反应产生；二是

7、提高淬透性，保证固溶冷却后得到马氏体组织；三是固溶于马氏体基体组织中，为时效做好准备。、0Cr17Ni4Cu4Nb钢中加入Cu元素主要作用是Cu元素能在不锈钢表面沉积下来，作为附加微电极，促使不锈钢在很小的阳极电流下就达到钝化状态。当Cu元素含量低于3.5%时，可锻性良好；当Cu元素含量高于4.5%时，锻造易开裂，须烧透，先小锻造比轻锤快锻打，后大锻造比重锤锻打。、0Cr17Ni4Cu4Nb钢中加入Nb元素主要作用有二：一是形成碳化物NbC，起细化晶粒作用，另外防止Cr元素与C元素形成碳化物而降低Cr元素在晶界中的含量，导致晶界腐蚀；二是与Ni形成金属间化合物，在时效时析出。、0Cr17Ni4

8、Cu4Nb钢中加入Mn元素能提高钢在有机酸中的耐蚀性。加入Si元素可提高钢在无机酸中的耐蚀性。、0Cr17Ni4Cu4Nb钢经固溶处理后得到马氏体组织，钢的硬度在3235HRC范围，可以进行模具加工，然后再对模具进行时效处理，因含Cu相的析出及金属间化合物的析出，钢的硬度回升到40HRC，使模具强度、硬度上升，获得综合力学性能。0Cr17Ni4Cu4Nb钢主要化学成分0.07%c、1.00%Mn、3.00%5.00%Ni、15.50%17.50%Cr、3.00%5.00%Cu、0.15%0.45%Nb、1.00%Si、0.030%P、0.030%S。0Cr17Ni4Cu4Nb钢的热处理工艺0C

9、r17Ni4Cu4Nb钢始锻温度11501100，终锻温度1000，锻造后空气中冷却或砂中冷却。0Cr17Ni4Cu4Nb钢常见的热处理工艺热处理工艺工艺参数硬度要求工艺特点退火加热820840，保温，炉冷至500以下出炉空冷2830HRC软化组织，降低硬度去应力退火加热720740，保温，炉冷或空冷2832HRC固溶处理加热1040，保温，油冷2830HrCCr、Ni、Cu、Nb元素溶入奥氏体中，冷却后得到马氏体组织，为时效析出做好组织准备 加热1040，保温，水冷3235HRC时效处理加热480，保温4h，空冷40HRC从马氏体基体组织中析出金属间化合物，产生沉淀强化气体氮化氮化温度510

10、520，保温48h，炉奢294490Pa，氨气流量0.4m3/h，空冷或油冷966HV提高表面疲劳强度、硬度、耐磨性、耐蚀性与耐热性0Cr17Ni4Cu4Nb钢的应用0Cr17Ni4Cu4Nb钢性能与使用几乎同于0Cr16Ni4Cu3Nb钢，适宜于制造高精度、高耐蚀性、高耐磨性的塑料模具。通常，人们把含铬量大于12%或含镍量大于8%的合金钢叫不锈钢。这种钢在大气中或在腐蚀性介质中具有一定的耐蚀能力，并在较高温度(450)下具有较高的强度。含铬量达16%18%的钢称为耐酸钢或耐酸不锈钢，习惯上通称为不锈钢。钢中含铬量达12%以上时，在与氧化性介质接触中，由于电化学作用，表面很快形成一层富铬的钝化

11、膜，保护金属内部不受腐蚀；但在非氧化性腐蚀介质中，仍不易形成坚固的钝化膜。为了提高钢的耐蚀能力，通常增大铬的比例或添加可以促进钝化的合金元素，加Ni、Mo、Mn、Cu、Nb、Ti、W、Co等，这些元素不仅提高了钢的抗腐蚀能力，同时改变了钢的内部组织以及物理力学性能。这些合金元素在钢中的含量不同，对不锈钢的性能产生不同的影响，有的有磁性，有的无磁性，有的能够进行热处理，有的则不能热处理。由于不锈钢所具有的上述特性，越来越广泛地应用于航空、航天、化工、石油、建筑和食品等工业部门及日常生活中。所含的合金元素对切削加工性影响很大，有的甚至很难切削。2 不锈钢可分为哪几类？不锈钢按其成分，可分为以铬为主

12、的铬不锈钢和以铬、镍为主的铬镍不锈钢两大类。工业上常用的不锈钢一般按金相组织分类，可分为以下五大类：马氏体不锈钢：含铬量12%18%，含碳量0.1%0.5%(有时达1%)，常见的有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、1Cr17Ni2、9Cr18、9Cr18MoV、30Cr13Mo等。铁素体不锈钢：含铬量12%30%，常见的有0Cr13、0Cr17Ti、0Cr13Si4NbRE、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr17M02Ti、1Cr25Ti、1Cr28等。奥氏体不锈钢：含络量12%25%，含镍量7%20%(或20%以上)，最典型的代表是1Cr18Ni9Ti，常见的还有00Cr18N

13、i10、00Cr18Ni14Mo2Cu2、0Cr18Ni12Mo2Ti、0Cr18Ni18Mo2Cu2Ti、0Cr23Ni28M03Cu3Ti、1Cr14Mn14Ni、2Cr13Mn9Ni4、1Cr18Mn8Ni5N等。奥氏体+铁素体不锈钢：与奥氏体不锈钢相似，仅在组织中含有一定量的铁素体，常见的有0Cr21Ni5Ti、1Cr21Ni5Ti、1Cr18Mn10Ni5M03N、0Cr17Mn13Mo2N、1Cr17Mn9Ni3M03Cu2N、Cr2bNi17M03CuSiN、1Cr18Ni11Si4AlTi等。沉淀硬化不锈钢：含有较高的铬、镍和很低的碳，常见的有0Cr17Ni4Cu4Nb、0Cr

14、17Ni7Al、0Cr15Ni7M02Al等。前两类为铬不锈钢，后三类为铬镍不锈钢。3 不锈钢有哪些物理、力学性能？马氏体不锈钢：能进行淬火，淬火后具有较高的硬度、强度和耐磨性及良好的抗氧化性，有的有磁性，但内应力大且脆。经低温回火后可消除其应力，提高塑性，切削加工较困难，有切屑擦伤或粘结的明显趋向，刀具易磨损。当钢中含碳量低于0.3%时，组织不均匀，粘附性强，切削时容易产生积屑瘤，且断屑困难，工件已加工表面质量低。含碳量达0.4%0.5%时，切削加工性较好。马氏体不锈钢经调质处理后，可获得优良的综合力学性能，其切削加工性比退火状态有很大改善。铁素体不锈钢：加热冷却时组织稳定，不发生相变，故热

15、处理不能使其强化，只能靠变形强化，性能较脆，切削加工性一般较好。切屑呈带状，切屑容易擦伤或粘结于切削刃上，从而增大切削力，切削温度升高，同时可能使工件表面产生撕裂现象。奥氏体不锈钢：由于含有较多的镍(或锰)，加热时组织不变，故淬火不能使其强化，可略改善其加工性。通过冷加工硬化可大幅度提高强度，如果再经时效处理，抗拉强度可达25502740 MPa。奥氏体不锈钢切削时的带状切屑连绵不断，断屑困难，极易产生加工硬化，硬化层给下一次切削带来很大难度，使刀具急剧磨损，刀具耐用度大幅度下降。奥氏体不锈钢具有优良的力学性能，良好的耐蚀能力，较突出的是冷变形能力，无磁性。奥氏体+铁素体不锈钢：有硬度极高的金属间化合物析出，强度比奥氏体不锈钢高，其切削加工性更差。沉淀硬化不锈钢：含有能起沉淀硬化的铊、铝、钼、钛等合金元素，它们在回火时时效析出，产生沉淀硬化，使钢具有很高的强度和硬度。由于含碳量低保证了足够的