1215易切削钢切削性能仿真与实验研究

采用单因素实验法,保持进给量、刀具几何参数和背吃刀量等切削条件不变,改变切削速度,研究1215钢的切削力变化。对1215钢进行数值模拟切削试验,结果表明,在保持切削用量和刀具角度不变的情况下,随着切削速度提高,1215钢所受的切削力先减小后增大。为验证模拟仿真结果可靠性,对1215钢进行切削实验,并进行误差分析。

国内1215系低碳高硫易切削钢的工艺流程和内部质量控制

对国内100 t EAF-LF-CC和80 t、100 t、160 t转炉-LF-CC四条生产线生产的1215系低碳高硫易切削钢(/%:0.05～0.10C、≤0.013Si、1.06～1.33Mn、0.051～0.061P、0.24～0.36S、0.012 0～0.0140[O]、≤0.005A1)进行实物分析。结果表明,国内1215低碳高硫钢成分控制特点为通过适当提高Mn含量控制钢中的Mn/S(3.7～3.9),个别流程通过降低S含量可使Mn/S达4.4;160 t转炉流程在夹杂物控制上优于其余流程(Mn/S=3.8,MnS夹杂面积和长宽比波动较小)。.由于连铸坯元素偏析较小和轧后冷却速度控制得当,80 t转炉流程和160 t转炉流程生产的钢中无明显的带状组织,而100 t电弧炉流程和100 t转炉流程生产的钢中带状组织级别为3～4。

热加工过程AISI1215钢动态再结晶临界条件

根据AISI1215钢热模拟压缩实验的结果,采用Poliak和Jonas提出的计算动态再结晶临界应变(εc)和临界应力(σc)方法,研究了形变温度和应变速率对εc和σc的影响规律。结果表明,在应变速度较低时(小于30 s-1),采用指数函数形式可以较好描述热加工参数Z(Zener-Hollomon参数)与εc,σc,εP(峰值应变)和σP(峰值应力)间的关系,实验分析的结果表明,峰值应变(临界应变)与Z参数之间表现为正比关系,Z参数增大(形变温度降低或应变速度增加),材料发生动态再结晶的临界应变增加,应力应变曲线上表现出的表观峰值应变增加。根据模型计算的结果,在实验数据的范围内,动态再结晶临界应变与应力应变曲线的峰值应变之间的比值约为0.4~0.5之间,明显小于一般工程应用中估计的0.7。根据模型的计算的结果,用中断淬火试验进行了验证,结果表明与模型计算值吻合良好。

1215钢与Ti6Al4V合金的动态应力应变行为

通过热模拟实验研究易切削材料1215钢和难切削材料Ti6Al4V合金的动态应力应变行为,讨论易切削材料和难切削材料动态形变行为的差异及其原因,分析切削过程中2种材料的形变再结晶行为。结果表明:1215钢在高温低应变速率条件下,可以诱发动态再结晶过程,出现明显的软化;对于Ti6Al4V合金,在Zener-Hollomon参数(Z参数)较小时,没有出现明显的软化,相反在高应变速率下出现了软化,这种现象难以用动态再结晶理论来解释。

锡在易切削钢中的赋存形式及对切削性能影响

锡系易切削钢是有望替代铅系易切削钢的新型环保型易切削钢,而锡在钢中的赋存状态是影响钢切削性能的重要因素。采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)等表征方法,分析了锡在高硫易切削钢中的赋存状态,以及锡含量对易削钢切削性能的影响。研究发现含锡钢中未见明显的锡析出相,锡主要固溶于钢基体中,且更倾向固溶于铁素体中,锡使铁素体的晶格发生畸变。通过切削加工对比测试,结果显示,切削速度560 r/min下,锡质量分数从0增加到1600×10^(-6),C型断屑占比由60.19%达到90.29%,锡含量增加对C型断屑占比有明显的提升作用。在切削同一个试样时,切削速度560 r/min相比其他两种速度,C型断屑的占比也最大,在此转速下的切削性能要更好。此外,锡的添加使切削加工后样品表面粗糙度减小,表面质量更好。通过显微硬度测试随着锡添加质量分数从0提高到1800×10^(-6)时,维氏硬度从118.2 HV上升到143.1 HV,Sn在钢中的固溶使偏软的钢基体硬度得到提升,从而使钢的切削性能明显提升。

低碳高含硫钢易切削钢轧制技术应用

韶钢特钢每年生产低碳高含硫钢如1215(美标)、1215CW、1215YG、1214Bi等合计约2万t。此类钢种生产难点为:轧制温度过高容易打滑,轧制温度过低头部容易开裂造成堆钢,成材率低,生产成本高,是目前生产难度较高的钢种之一。国内市场上硫系易切削钢占总易切削钢量90以上,主要用于汽车、仪器、机床、五金及标准件等领域,市场发展前景极大。韶钢特钢为了抢占市场先机,从加热工艺、轧制工艺和设备功能精度3方面攻关,解决低碳高含硫钢易切削钢轧制难题。

镁处理对1215易切削钢中夹杂物的影响

1215易切削钢中硫化物夹杂不仅影响钢的切削性能,对钢性能的各向异性以及产品质量问题也有重要影响,对钢中硫化物夹杂的调控是改善产品品质的重要途径。采用镁处理技术,对钢中硫化物夹杂的形态、大小和分布进行调控,解析镁对夹杂物的改质影响。通过高温熔炼试验,冶炼不同镁含量的钢锭,采用光学显微镜、扫描电镜及小样电解技术对钢中夹杂物的二维及三维形态和分布进行分析,并结合热力学计算解析夹杂物改质机制。研究表明,镁具有较强的脱氧能力,可改变钢中硫化物形态和分布。钢中镁质量分数从0增加至0.0006%、0.0017%,夹杂物形态首先从Ⅰ类球形、椭球形转变至Ⅱ类沿晶分布的簇状、串链状、珊瑚状,然后再转变为多面体形或不规则块状的的Ⅲ类硫化物。镁质量分数进一步增加至0.0027%,镁对夹杂物的形态、尺寸、分布影响不再显著。钢中的MnS在熔融液态中不会析出,主要在凝固过程固液两相区析出,其析出温度为1502.0℃,对应的凝固分率为0.409。凝固过程中部分MnS会以钢中氧化物夹杂为异质形核点析出,形成内部氧化物、外部硫化物的复合夹杂。钢中Al_(2)O_(3)经镁改质转变成为更加细小弥散分布的MgO·Al_(2)O_(3),改质后夹杂物不易聚集长大,成为更多的MnS析出异质形核点,从而促进了MnS析出,夹杂物整体数量密度增大,平均等效直径减小。

1215易切削钢硫化物碲改质及其机制分析

1215MS易切削钢中硫化物的形态、尺寸、分布对其性能有重要的影响.采用蔡司金相显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪及显微硬度测量仪等实验仪器,开展了1215MS易切削钢添加碲的实验研究,对不同碲添加量的1215MS易切削钢中硫化物的形态与分布、密度与尺寸、形貌及类型以及显微硬度等进行了解析.结果表明:随着碲添加量从0 ppm增加到230 ppm,团簇状硫化物群的面积占整体硫化物总面积的百分比逐渐降低;整体硫化物的等效直径和硬度值逐渐增加,钢基体的硬度值变化不大.这说明了碲的添加能够使钢中的MnS改质为(Mn,Te)S固溶体,这不仅能减少1215MS易切削钢团簇状硫化物聚集,使硫化物粗化,而且提高了硫化物硬度,增加钢在轧制时的抗变形能力,提高切削性能.

碲对易切削钢硫化物及切削性能的影响

为研究碲(Te)冶金在易切削钢中的工业化应用效果,开展了向1215易切削钢中添加Te的工业化生产试验,并对其产品变化规律进行了分析。借助蔡司金相显微镜、小样电解、扫描电镜、能谱仪、维氏显微硬度仪、表面粗糙度仪等方法对比分析了1215易切削钢及1215Te易切削钢方坯、轧材中夹杂物的赋存、成分及切削性差异。结果表明,Te系易切削钢方坯中硫化物尺寸大且更均匀,趋向于球状;含Te轧材中夹杂物变形程度较小,轧制后夹杂物长宽比小于3的纺锤状为60%;轧材在进给量0.10 mm/r下切削时,1215Te钢产生的短螺卷屑比例为66.0%,大于1215钢的58.1%。在相同切削条件下,切削后的1215Te钢工件表面粗糙度小于不含Te的1215钢,说明Te显著提升了1215易切削钢的切削性能。