第12期 陈列等：低碳高硫含锡锑复合易切削钢 ,1561 高温热塑性实验：高温热塑性实验是在Gleeble 1 实验方法 1500热模拟试验机上进行的.试样为10mm× 冶炼及热加工：冶炼实验在50kg真空感应炉 120mm的等径圆棒，实验方案如图1所示，先将试 中进行，用工业纯铁作为原料，熔清后先用硅钙合 样以10℃s的速度升温到峰值温度(1300℃)，保 金脱氧，然后配加碳、锰、硫化亚铁、磷铁、锡锑或锡 温5min后以3℃s1的速度降到实验温度，保温 铋进行合金化，在钢液成分和温度调整好后立即出 30s后进行拉伸，试样拉断后淬火至室温。拉伸时 钢，浇注成钢锭.将钢锭在1200℃锻成95~ 的变形速率为1×10-2s-1. 100mm的圆棒，终锻温度不低于950℃，最后空冷 至室温用于切削实验， 1300℃ 5 min 切削实验：评价一种材料的易切削性能，在工业 3℃·s 0.01s4 上主要使用的指标是刀具寿命，即在一定切削条件 实验温度 30$ W 下切削该材料时刀面（一般用后刀面）磨损到规定程 10℃·s 淬火 度时所用的切削时间，采用硬质合金钢刀具切削 时，一般规定其后刀面磨损宽度Vb到达0.3mm所 用的切削时间为其刀具寿命 时间s 切削实验在北京理工大学先进加工与微小型制 造实验室的无级调速C6140车床上进行，采用 图1高温拉伸实验的热历程曲线 Fig.I Warming curve of high temperature tensile tests YT14硬质合金机夹式可转位外圆车刀，其主要几 何参数如表1所示.在干切削条件下，进给量f= 2实验结果及分析 0.2mmr1,切削深度ap=1mm,切削速度v均为 2.1冶炼实验结果 230mmin-1. 所炼三炉实验钢的化学成分如表2所示，其 表1实验刀具YT14的主要几何参数 中，1和2*含有0.06%0.08%的Sn和Sb,3*含 Table 1 Major geometric parameters of experimental tool YT14 有0.055%的Sn和少量的Bi.由于Bi的沸点低 后角， 前角， 刃倾角， 主偏角， 副偏角， (1560℃)，加入较困难，3#钢的Bi收得率较低， &/( Y/° /( k/( ( 2.2切削实验结果 6 10 -3 75 15 图2给出了三炉易切削钢的切削实验结果，同 表2实验钢样的化学成分（质量分数） Table 2 Composition of experimental steels % 试样号 C Si Mn Sn Sb Bi 0 1# 0.094 0.093 0.92 0.068 0.30 0.068 0.067 0.0137 2# 0.100 0.076 1.10 0.082 0.36 0.082 0.086 0.0070 3# 0.120 0.059 1.00 0.060 0.30 0.055 0.0046 0.0039 SAE1215 0.080 0.012 1.31 0.076 0.33 0.0130 时给出了某钢厂治炼的SAE1215钢的刀具磨损曲 0.3mm,达到刀具寿命，对比可知，实验钢与 线以进行对比.该SAE1215钢试样的化学成分如 SAE1215钢在主要化学成分相近的情况下，由于添 表2所示. 加了少量Sn、Sb和Bi元素而使实验钢的易切削性 由图2可知，实验钢1、2#和3#试样的刀具磨 能显著优于SAE1215钢. 损曲线都比较规则，刀具磨损比较均匀，在长时间的 2.3高温拉伸实验 高速切削条件下，刀具磨损量很小，后刀面磨损宽度 实验钢1试样的热塑性曲线及抗拉强度曲线 Vb在0.11~0.13mm之间. 如图3所示.可以看出，在1050~1300℃的范围内 与实验钢相比，SAE1215钢试样在相同的切削 钢材具有良好的塑性，断面收缩率9大于80%.在 速度下，切削21min时的后刀面磨损宽度Vb为 1000℃以上，随温度升高，断面收缩率增加，说明该1 实验方法 冶炼及热加工：冶炼实验在50kg 真空感应炉 中进行．用工业纯铁作为原料‚熔清后先用硅钙合 金脱氧‚然后配加碳、锰、硫化亚铁、磷铁、锡锑或锡 铋进行合金化．在钢液成分和温度调整好后立即出 钢‚浇注 成 钢 锭．将 钢 锭 在 1200℃ 锻 成●95～ 100mm的圆棒‚终锻温度不低于950℃‚最后空冷 至室温用于切削实验． 切削实验：评价一种材料的易切削性能‚在工业 上主要使用的指标是刀具寿命‚即在一定切削条件 下切削该材料时刀面（一般用后刀面）磨损到规定程 度时所用的切削时间．采用硬质合金钢刀具切削 时‚一般规定其后刀面磨损宽度 V b 到达0∙3mm 所 用的切削时间为其刀具寿命． 切削实验在北京理工大学先进加工与微小型制 造实验室的无级调速 C6140 车床上进行‚采用 YT14硬质合金机夹式可转位外圆车刀‚其主要几 何参数如表1所示．在干切削条件下‚进给量 f ＝ 0∙2mm·r —1‚切削深度 ap＝1mm‚切削速度 v 均为 230m·min —1． 表1 实验刀具 YT14的主要几何参数 Table1 Major geometric parameters of experimental tool YT14 后角‚ αo／（°） 前角‚ γo／（°） 刃倾角‚ λs／（°） 主偏角‚ κr／（°） 副偏角‚ κ′r／（°） 6 10 —3 75 15 高温热塑性实验：高温热塑性实验是在 Gleeble 1500热模拟试验机上进行的．试样为●10mm× 120mm的等径圆棒．实验方案如图1所示‚先将试 样以10℃·s —1的速度升温到峰值温度（1300℃）‚保 温5min 后以3℃·s —1的速度降到实验温度‚保温 30s 后进行拉伸‚试样拉断后淬火至室温．拉伸时 的变形速率为1×10—2s —1． 图1 高温拉伸实验的热历程曲线 Fig．1 Warming curve of high-temperature tensile tests 2 实验结果及分析 2∙1 冶炼实验结果 所炼三炉实验钢的化学成分如表2所示．其 中‚1＃和2＃含有0∙06％～0∙08％的 Sn 和 Sb‚3＃含 有0∙055％的 Sn 和少量的 Bi．由于 Bi 的沸点低 （1560℃）‚加入较困难‚3＃钢的 Bi 收得率较低． 2∙2 切削实验结果 图2给出了三炉易切削钢的切削实验结果‚同 表2 实验钢样的化学成分（质量分数） Table2 Composition of experimental steels ％ 试样号 C Si Mn P S Sn Sb Bi O 1＃ 0∙094 0∙093 0∙92 0∙068 0∙30 0∙068 0∙067 — 0∙0137 2＃ 0∙100 0∙076 1∙10 0∙082 0∙36 0∙082 0∙086 — 0∙0070 3＃ 0∙120 0∙059 1∙00 0∙060 0∙30 0∙055 — 0∙0046 0∙0039 SAE1215 0∙080 0∙012 1∙31 0∙076 0∙33 — — — 0∙0130 时给出了某钢厂冶炼的 SAE1215钢的刀具磨损曲 线以进行对比．该 SAE1215钢试样的化学成分如 表2所示． 由图2可知‚实验钢1＃、2＃和3＃试样的刀具磨 损曲线都比较规则‚刀具磨损比较均匀‚在长时间的 高速切削条件下‚刀具磨损量很小‚后刀面磨损宽度 V b 在0∙11～0∙13mm 之间． 与实验钢相比‚SAE1215钢试样在相同的切削 速度下‚切削21min 时的后刀面磨损宽度 V b 为 0∙3mm‚达 到 刀 具 寿 命．对 比 可 知‚实 验 钢 与 SAE1215钢在主要化学成分相近的情况下‚由于添 加了少量 Sn、Sb 和 Bi 元素而使实验钢的易切削性 能显著优于 SAE1215钢． 2∙3 高温拉伸实验 实验钢1＃试样的热塑性曲线及抗拉强度曲线 如图3所示．可以看出‚在1050～1300℃的范围内 钢材具有良好的塑性‚断面收缩率 φ大于80％．在 1000℃以上‚随温度升高‚断面收缩率增加‚说明该 第12期 陈 列等： 低碳高硫含锡锑复合易切削钢 ·1561·