不同的不锈钢的切削性能有很大的差异。一般所说不锈钢的切削性能比其他钢差,主要是指奥氏体型不锈钢的切削性能差。这是由于奥氏体不锈钢的加工硬化严重,热导率低造成的。为此,在切削过程中需使用水性切削液,以减少切削热变形。特别是当焊接时的热处理不好时,无论是怎样提高切削精度,其变形也是不可避免的。其他类型如马氏体不锈钢铁素体不锈钢等不锈钢的切削性能只要不是淬火后进行切削,那么与碳素钢没有太大的不同。但两者均是含碳量越高则切削性能越差。沉淀硬化型不锈钢由于其不同的组织和处理方法而显示不同的切削性能,但一般来说其切削性能在退火状态下与同一系列及同一强度的马氏体型不锈钢和奥氏体型不锈钢相同。


1. 不锈钢的切削性能


  欲改善不锈钢的切削性能,与碳素钢一样可通过添加硫、铅、铋、硒和碲等元素来实现。其中添加如硫、硒和碲等元素可减轻工具的磨损,添加铅和铋等元素可改善切削状态。


  虽然添加硫可改善不锈钢的切削性能,但是由于它是以MnS化合物的形式在于钢中,所以使得耐蚀性明显下降。为解决这个问题,通常是添加少量的钼和铜。


  不锈钢比普通钢硬而且强度与一般钢相比较高,因而切削加工是比较困难的。为了使切削加工零部件更容易、质量和速度更高,便出现了“易削钢”。易削不锈钢,就是在冶炼时添加了S(硫)、Pb(铅)、Se(硒)等元素,使柔软相微细分布在材料中,提高其易削性。先前是以Pb易削钢为主流,从环境保护考虑,近年来大多数是采用S易削钢。


2. 不锈钢切削的特点


  不锈钢与碳钢比较,不锈钢更难切削的原因是:退火不锈钢的抗拉强度一般要高于退火碳钢的抗拉强度;与热轧或退火碳钢相比较,不锈钢的屈服强度和抗拉强度之间的范围较大;与碳钢比较,大多数不锈钢都有较高的加工硬化速率;含碳较高的不锈钢,含有大量游离的合金碳化物微粒,这些微粒使基体硬化增加了切削的难度,同时因为这些微粒的磨蚀引起了较大的刀具磨损。


  不锈钢的切削加工性能比中碳钢差得多。以普通45号钢的切削加工性作为100%,奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti的相对切削加工性为40%;铁素体不锈钢1Cr28为48%;马氏体不锈钢2Cr13为55%。其中,以奥氏体和奥氏体-铁素体不锈钢的切削加工性最差。不锈钢在切削过程中有如下几方面特点。


 a. 加工硬化严重


  在不锈钢中,以奥氏体和奥氏体-铁素体不锈钢的加工硬化现象最为突出。如奥氏体不锈钢硬化后的强度高达1470~1960MPa,而且随着屈服强度的提高,屈服极限也会升高;退火状态的奥氏体不锈钢σb不超过的30%~45%,而加工硬化后达85%~95%。加工硬化层的深度可达切削深度的或更大;硬化层的硬度比原来的提高1.4~2.2倍。因为不锈钢的塑性大,塑性变形时品格歪扭,强化系数很大;且奥氏体不够稳定,在切削应力的作用下,部分奥氏体会转变为马氏体;再加上化合物杂质在切削热的作用下,易于分解呈弥散分布,使切削加工时产生硬化层。前一次进给或前一道工序所产生的加工硬化现象严重影响后续工序的顺利进行。


 b. 切削力大


  不锈钢在切削过程中塑性变形大,尤其是奥氏体不锈钢(其伸长率超过45号钢的1.5倍以上),使切削力增加。同时,不锈钢的加工硬化严重,热强度高,进一步增大了切削抗力,切屑的卷曲折断也比较困难。因此加工不锈钢的切削力大,如车削1Cr18Ni9Ti的单位切削力为2450MPa,比45号钢高25%。


 c. 切削温度高


  切削时塑性变形及与刀具间的摩擦都很大,产生的切削热多;加上不锈钢的热导率约为45号钢的1/4~1/2,大量切削热都集中在切削区和刀-屑接触的界面上,散热条件差。在相同的条件下,1Cr18Ni9Ti的切削温度比45号钢高200℃左右。


 d. 切屑不易折断、易黏结


  不锈钢的塑性、韧性都很大,车加工时切屑连绵不断,不仅影响操作的顺利进行,切屑还会挤伤已加工表面。在高温、高压下,不锈钢与其他金属的亲和性强,易产生黏附现象,并形成积屑瘤,既加剧刀具磨损,又会出现撕扯现象而使已加工表面恶化。碳含量较低的马氏体不锈钢的这一特点更为明显。


 e. 刀具易磨损


  切削不锈钢过程中的亲和作用,使刀-屑间产生黏结、扩散,从而使刀具产生黏结磨损、扩散磨损,致使刀具前刀面产生月牙洼,切削刃还会形成微小的剥落和缺口;加上不锈钢中的碳化物(如TiC)微粒硬度很高,切削时直接与刀具接触、摩擦,擦伤刀具,还有加工硬化现象,均会使刀具磨损加剧。


 f. 线膨胀系数大


  不锈钢的线膨胀系数约为碳素钢的1.5倍,在切削温度作用下,工件容易产生热变形,尺寸精度较难控制。